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量子物理学帮助消灭癌细胞

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  当x射线照射到含有带碘纳米颗粒的肿瘤组织时,三天内就会触发癌细胞死亡。碘释放电子破坏肿瘤的DNA,导致细胞死亡。京都大学细胞材料综合科学研究所(iCeMS)的科学家以及日本和美国的同事们的研究结果发表在《科学报告》杂志上。 

   

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图像:当x射线照射到含有携带碘的纳米粒子的肿瘤组织时,碘释放出电子,破坏DNA并杀死癌细胞。

Mindy Takamiya/京都大学iCeMS

当x射线照射到含有带碘纳米颗粒的肿瘤组织时,三天内就会触发癌细胞死亡。碘释放电子破坏肿瘤的DNA,导致细胞死亡。京都大学细胞材料综合科学研究所(iCeMS)的科学家以及日本和美国的同事们的研究结果发表在《科学报告》杂志上。

将金属暴露在光下会导致电子的释放,这种现象被称为光电效应。爱因斯坦在1905年对这一现象的解释预示了量子物理学的诞生。“我们的研究提供了证据,表明在癌细胞内重现这种效果是可能的。”

癌症放疗的一个长期存在的问题是,由于缺乏深入组织的血管,肿瘤中心的含氧量较低,因此放射疗法并不有效。当x射线照射到细胞内的分子时,需要氧气来产生破坏dna的活性氧。

Tamanoi和Kotaro Matsumoto及其同事一直试图通过寻找更直接的方法来破坏癌症DNA来解决这个问题。在早期的工作中,他们证明了在同步加速器产生的50.25千伏x射线照射下,装载钆的纳米粒子可以杀死癌细胞。

在目前的研究中,他们设计了多孔的、携带碘的有机硅纳米颗粒。碘比钆便宜,而且能以较低的能级释放电子。

研究人员将纳米颗粒分散到肿瘤球状体中,这是一种含有多个癌细胞的3D组织。用33.2 keV的x射线照射球体30分钟后,它们在三天内就被完全摧毁了。通过系统地改变能量水平,他们能够证明33.2 keV x射线对肿瘤破坏的最佳效果。

进一步的分析表明,这些纳米颗粒被肿瘤细胞吸收,定位于细胞核外。将适量的x射线照射到组织上,促使碘释放电子,然后导致核DNA的双链断裂,引发细胞死亡。

Matsumoto说:“我们的研究是利用癌细胞内量子物理现象的一个重要例子。”“似乎在DNA附近产生了低能电子云,导致难以修复的双链断裂,最终导致程序性细胞死亡。”

研究小组接下来想要了解当碘原子暴露在x射线下时,电子是如何被释放出来的。他们还致力于将碘放置在DNA上而不是靠近DNA以提高疗效,并在癌症小鼠模型上测试纳米颗粒。

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DOI: 10.1038 / s41598 - 021 - 93429 - 9




来源:生物通