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HORIBA | 稀土+活性氧——癌症诊疗新组合 |前沿用户报道

发布时间:2020-10-22 09:12 点击次数:

编辑| 姜凯

润色| Norah、Sophie

校阅|孙平、Lucy、Joanna

 

癌症一直以来都是威胁人类健康的主要疾病之一,尽管近些年来化疗、放疗以及手术治疗等癌症治疗效果相比以前有了很大的改善,但仍然存在并发症、治疗过程痛苦等缺点,人们仍然迫切需要更有效、副作用更小的癌症治疗手段。

之前我们曾报道过一种新的癌症诊疗方法——光动力学疗法对癌细胞具有优异的治疗效果。无独有偶,美国内华达大学雷诺分校的Dias(Ana de Bettencourt-Dias)博士团队也提出了一种癌症治疗的新手段——利用稀土元素结合活性氧化合物杀死癌细胞

 

活性氧在生物医学领域的应用并不鲜见,但对于稀土而言,以往更多被人所熟知的是在冶金、石油化工、军事等领域的应用,对其在医学领域的应用并不多见。因此,本篇《前沿用户报道》专栏就将带领大家走进稀土在癌症诊疗方面的研究。

 

图片来源:pixabay

 

01

 

稀土元素——癌细胞“监控助手”

 

稀土元素也叫镧系元素,共包含了15种金属元素。它的特性之一就是受特定光源辐照时会发光,因此它们在工业和医药行业的应用十分广泛,如风力发电机中将风力转化为电能的永磁体、磁共振成像、CD光盘等。在生物研究中,也有科学家使用稀土化合物进行细胞孵育,通过这一方式可以观摩到这些化合物在细胞内的发光成像情况,从而得到关于细胞本身及细胞代谢过程的一些信息。

 

受此启发,内华达大学雷诺分校的Dias博士团队就在思考,能否将这一发光功能用于生物成像,解决一些癌症的临床诊断和治疗问题呢?想法虽好,也存在一个问题,那就是细胞成像只是一个可以实时观察癌细胞状态的辅助工具,而要想同时杀死癌细胞,还需要别的辅助。

 

Dias博士想到了活性氧。

 

稀土氧化物

 

02

 

活性氧——癌症治疗“潜力股”

 

活性氧是一种非常活泼的分子,既可通过生物细胞正常代谢产生,也可由外源性因素产生,它极易与周围分子反应,释放出能量。这一特性使活性氧具有两面性,即过量会引起损伤效应,但适量增加却可以诱导细胞衰老和凋亡,具有抗肿瘤效果

 

因此,Dias博士团队就想到,要是将发光的稀土元素与活性氧化合物结合,就可以利用稀土元素的发光特性进行荧光成像,了解细胞状态,再利用活性氧进行癌细胞治疗,从而实现癌症的诊断和治疗。

 

理论上这一方法是可行的,但目前还存两个问题亟待改善:一个是稀土-活性氧化合物的发光效率仍旧比较低,导致成像过程中对活性氧的监控效率低下,无法应用于临床;另一个就是活性氧含量的控制问题,因为过量的活性氧会造成氧化反应失衡,使细胞内的生物分子发生氧化性损伤。

 

图片来源:pixabay

 

03

 

稀土+活性氧——值得期待的新组合

 

针对上述的两个问题,Dias博士并未被难倒,她们选择从稀土化合物入手。针对发光效率低的问题,一个可行的方案是找到合适的配体——激发稀土元素的敏化剂,来大幅度的提高稀土-活性氧化合物的发光效率,而这也是目前Dias博士团队目前的研究重点。

 

团队成员不断制备和寻找新配体,如金属配合物。她们利用HORIBA FluoroLog®-3荧光光谱仪进行研究,通过观测发光效率的变化来对稀土化合物的发光特性进行深入研究,从而有针对性地对分子进行设计,最终找到合适的配体。

 

对于活性氧含量问题,团队成员同样利用稀土来进行控制。稀土化合物是一个理想的“合作伙伴”,不仅能够发光,自身还是一种潜在的抗氧化剂,两者结合,既能够通过稀土的发光特性实时监测活性氧的含量,又能利用稀土的抗氧化功能,减少活性氧对健康细胞的潜在副作用。她们依旧是利用FluoroLog®-3来进行研究,通过了解稀土对活性氧的影响机制,如稀土化合物浓度对活性氧含量的影响,来控制活性氧的含量。

FluoroLog®-3模块化荧光光谱仪可同时拥有稳态测试和荧光寿命测试功能,且拥有操作上简便、灵敏度高等优势,能够为团队成员在利用荧光光谱成像检测不同生物活性物种的协同变化提供便利,是监测生命系统中各种生物活性分子的有效辅助手段。

 

Dias博士表示她们做的这项研究是基础研究,目前配体研究也仍在继续,可以预见稀土元素+活性氧的组合,在临床应用上还有很长的一段路要走。

 

其实不只是本文所述的稀土元素配体研究方法,科学家们提出的各种治疗癌症的新手段,很多仍处于基础研究阶段。尽管距离实际应用还有很长的路要走,但科学家们不断的创新和大胆的尝试,是未来人类终结癌症的希望所在。我们相信只要不放弃希望和信念,未来这些新的诊疗手段终将进入临床实现应用,最终帮助人们获得健康的体魄和美好的生活。

 

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