Nature子刊革命性根除癌细胞的武器：光刺激分子震动

莱斯大学的科学家们发现了一种利用分子振动摧毁癌细胞的革命性方法。通过用近红外光刺激小染料分子，他们在实验室培养中以99%的成功率导致癌细胞膜破裂。这项技术被称为“分子手提钻”，它提供了一种新的、更快的癌症治疗方法，与现有方法有很大不同。这项研究涉及多个机构的合作，标志着癌症治疗领域的重大进步。

　　

光触发的整个分子振动可以破坏黑色素瘤细胞的膜。

由于莱斯大学的科学家和合作者最近的一项发现，海滩男孩的标志性热门单曲《Good Vibrations》被赋予了全新的意义。他们发现了一种摧毁癌细胞的方法，这种方法是利用一些分子在光的刺激下产生强烈振动的能力。

研究人员发现，用于医学成像的小染料分子的原子可以在近红外光的刺激下一致振动，形成所谓的等离子激元，导致癌细胞的细胞膜破裂。根据发表在《Nature Chemistry》上的研究，这种方法对实验室培养的人类黑色素瘤细胞有99%的效率，一半患有黑色素瘤的鼠在治疗后没有癌症。

Ciceron Ayala-Orozco是莱斯大学图尔实验室的研究科学家，也是这项研究的主要作者。这项研究与基于诺贝尔奖得主伯纳德·费林加的分子马达的纳米级钻头不同，分子手提钻采用了一种完全不同的-和前所未有的-行动机制。利用TD-DFT理论，得到了叠加在计算出的分子等离子体元上的氨基菁分子(分子手提钻)结构，具有对称体和长“侧臂”的特征。一个分子钻(蓝色)附着在癌细胞的脂质双分子层上。当受到近红外光的刺激时，它会强烈振动，导致细胞膜撕裂。通过荧光共聚焦显微镜观察，DAPI进入并染色膜破坏的A375黑色素瘤细胞的细胞核。

分子风钻:癌症治疗的新方法

赖斯大学的化学家James Tour说:“这是全新一代的分子机器，我们称之为分子风钻。”他的实验室以前曾使用纳米级化合物，赋予光激活的桨状原子链，这些原子链沿着同一方向不断旋转，以钻穿感染性细菌、癌细胞和耐药真菌的外膜。它们的机械运动速度比以前的费林加型发动机快100多万倍，而且它们可以用近红外光而不是可见光激活。近红外光可以深入人体10厘米，而可见光的穿透深度只有半厘米，我们用它来激活纳米钻头，这是一个巨大的进步。”

近红外光可以比可见光更深入地穿透人体，在不损伤组织的情况下进入器官或骨骼。

分子技术与癌症治疗的进展

这些“风钻”是氨基菁分子，一种用于医学成像的荧光合成染料。

“这些分子是简单的染料，人们已经使用了很长时间，”该研究的主要作者、莱斯大学的科学家Ciceron Ayala-Orozco说。“它们具有生物相容性，在水中稳定，并且非常善于附着在细胞的脂肪外层。但即使它们被用于成像，人们也不知道如何将它们作为等离子体激活。”

Ayala-Orozco最初是在莱斯大学的Naomi Halas领导的研究小组里当博士生时研究等离子体激元的。

Ayala-Orozco说:“由于它们的结构和化学性质，这些分子的核在受到适当刺激时可以同步振荡。我看到有必要利用等离子体的特性作为一种治疗方式，并对Tour博士处理癌细胞的机械方法感兴趣。我基本上把这些点连起来了。我们发现的分子等离子体具有近乎对称的结构，一侧有一个臂。手臂对等离子体运动没有贡献，但它有助于将分子固定在细胞膜的脂质双分子层上。”

研究人员必须证明，这些分子的作用方式既不能归类为光动力疗法，也不能归类为光热疗法。

“需要强调的是，我们已经发现了这些分子如何工作的另一种解释，”Ayala-Orozco说。“这是第一次以这种方式利用分子等离子体激元来激发整个分子，并实际产生用于实现特定目标的机械作用，在这种情况下，撕开癌细胞的膜。这项研究是关于在分子尺度上利用机械力治疗癌症的一种不同方法。”

参考文献:“Molecular jackhammers eradicate cancer cells by vibronic-driven action” by Ciceron Ayala-Orozco, Diego Galvez-Aranda, Arnoldo Corona, Jorge M. Seminario, Roberto Rangel, Jeffrey N. Myers and James M. Tour, 19 December 2023, Nature Chemistry.