最新黑科技：分子震动锤杀死癌细胞
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分子震动锤杀死癌细胞
牛财金根据《自然化学》杂志的最新报道，科学家发现了一种物理杀死癌细胞的新方法。研究人员利用近红外光刺激氨基花青分子(Aminocyanine Molecules)，让它们同步振动，其振动的威力足以刺破癌细胞的细胞膜，将癌细胞瓦解。在该实验中，这种“分子振动技术”对99%的癌细胞有效。
氨基花青分子是一种常常用于生物成像的合成染料，它在水中保持稳定，并且非常容易附著在细胞外部，可以让研究人员容易看到细胞的轮廓。以前，医生常以低剂量的染料，用于检测癌细胞是否存在。
而现在，研究人员发现氨基花青分子不但可以检测癌细胞，还可以杀死癌细胞。莱斯大学(Rice University)、德州农工大学(Texas A&M University)、德州大学(University of Texas)的研究团队表示，他们将先前研发的“光驱动分子马达”（Light-driven rotary molecular motors）应用到癌症治疗上，发现高速振动的合成分子，可以破坏癌症的结构。
光分子马达是由荷兰化学家费林加(Ben Feringa)发明的，他利用特定波长的光线，成功引发奈米分子的共振，并在显微镜上显现出来。他因为这项技术，荣获 2016 年诺贝尔化学奖，这项技术也被称“费林加马达”。
莱斯大学的化学家詹姆斯图尔(James Tour)说：“这是全新一代的分子机器，我们称之为分子手锤。经过改进后，它们运动速度比以前的 费林加马达快了一百万倍以上，并且现在可以用近红外线来驱动，而不是可见光来驱动。”
改用近红外线是重要的技术突破，因为它的波长能够穿过身体，而不会像可见光那样直接被挡住。骨骼和器官中的癌症因此有可能得到治疗，而无需进行手术开刀来阻止癌症生长。
近红外光可以深入人体10厘米（约4英寸），而用来激活纳米锤的可见光穿透深度只有半厘米（约0.2英寸），这是一个巨大的进步。
在实验室培养的癌细胞进行的测试中，“分子手锤”如同癌细胞破坏机，命中率高达 99%。由于效果太好，研究人员马上利用患有黑色素瘤的小鼠进行实验，其中一半的小鼠不再出现癌症复发。
莱斯大学的化学家奥罗斯科(Ciceron Ayala-Orozco)说：“需要强调的是，我们完全了解这些分子如何发挥作用。氨基花青分子会亲近癌细胞的表面，而且结合的相当紧密，这也就是为何能对癌细胞染色的原因。当近红外线引发氨基花青分子振动的时候，高速的振动会把癌细胞膜给震碎。研究虽然还处于早期阶段，但这些初步发现，使我们觉得非常有前途。”
这是一种利用简单的生物力学技术来杀死癌细胞的方法，与药剂不同，癌细胞很难演化出其他方式来对抗。
分子锤是如何杀死癌细胞的？
图1. 分子锤的工作原理图
分子锤的工作原理
a. 蓝色的分子锤附着在癌症细胞的脂质双层衬里上。当受到近红外光的刺激时，它会强烈振动，导致细胞膜撕裂。
b. DAPI进入并染色膜的细胞核, 破坏了A375黑色素瘤细胞。比例尺=25µm。（图片由Ciceron Ayala Orozco/莱斯大学提供）
DAPI是一种能够与DNA强力结合的荧光染料，常用于荧光显微镜观测。DAPI可以透过完整的细胞膜，它可以用于活细胞和固定细胞的染色。
莱斯大学、得克萨斯农工大学和得克萨斯大学的研究小组表示，新方法比之前开发的另一种致癌分子机器Feringa-型马达有了显著改进，这种分子震动锤也可以破坏有问题细胞的结构。
氨基花青分子的结构和化学性质意味着它们与适当的刺激（如近红外光）保持同步。当运动时，分子内部的电子形成了所谓的等离子体，它们共同振动，驱动整个分子的运动。
分子等离子体具有近乎对称的结构，在一侧有一个臂，臂对等离子体运动没有贡献，但它帮助将分子连接到癌症细胞膜上，同时振动的运动将它们分开。
图2. 分子锤的结构
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，可以撕裂癌症细胞的膜。
这项研究仍处于早期阶段，研究人员正在研究可以类似使用的其他类型的分子
这项研究已发表在《自然化学》杂志上。Ayala Orozco是莱斯大学Tour实验室的研究科学家，也是这项研究的主要作者。
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