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【石墨烯+光】 VS【石墨烯+纳米金】,哪个能监测癌症?



近日,《Science Advances》上发表一项研究:科学家们想出了如何利用光和石墨烯在培养皿中控制心脏细胞的跳动。


现在,所有潜在的药物都要在心脏细胞上进行测试,以确保疼痛药物不会让你心脏病发作。这些心脏细胞生长在玻璃或塑料培养皿上。但是玻璃和塑料不导电,我们的心却导电——这意味着测试并不像它们可能的那样现实。


然而,石墨烯将光转化为电,而且它也没有毒性。在今天的研究中,科学家们学会了通过改变光照射在物体上的量来精确控制石墨烯产生的电量


当他们在石墨烯上生长心脏细胞时,他们也可以操纵这些细胞,研究合著者亚历克斯·萨维琴科说,他是加州大学圣地亚哥分校的物理学家。他们可以让它跳得快1.5倍、3倍、10倍,或者他们需要的任何速度。


这意味着科学家可以使石墨烯模仿类似于各种心脏病的电模式,从而更容易测试心脏药物和其他新药。后来,萨夫琴科希望通过这种方法来建造一个更好的起搏器。起搏器能控制心脏的跳动,但通常由电极制成,容易引起内部瘢痕。萨夫琴科想象,我们可以在心肌上附着一小片持久的石墨烯,而不是电极。(石墨烯将由植入附近的微小光源控制,不会造成疤痕)


进一步来说,石墨烯可以用来控制大脑中的电,并帮助治疗神经退行性疾病,如帕金森氏症。“人类的心脏非常有弹性,但它仍然只是一个泵。”他说,我们还有很多事情要做。


另一种在医学上有很大潜力的材料是金。


纳米金颗粒对人体安全,化学稳定性好。这些纳米颗粒可以被特定的药物包裹,它们非常小,可以很容易地穿过身体,直接到达需要药物的地方。


“这想法不错,但是当你把纳米金粒子注射到体内时,它立即被血液中的血清蛋白的蛋白质所覆盖”


林肯大学的纳米技术专家恩里科法拉利说。


血清蛋白提醒身体的免疫系统,免疫系统将攻击粒子,正如它打击所有其他入侵者一样。法拉利说,我们的身体希望阻止粒子到达其来源,如果它成功了,药物将降解并最终进入脾脏,而不是原本应该进入的地方。



因此法拉利开发了一种新的纳米粒子制造方法,研究结果最近发表于《Nature Communications》。他添加了一层蛋白质,防止血清蛋白攻击。


法拉利说:把这个新的层想象成一个适配器。一侧很好地与金结合,并牵制住血清蛋白。另一面可以更容易地在体内找到药物需要到达的特定目标。理论上,这种新方法可以尝试任何类型的药物和纳米金粒子,法拉利希望与其他科学家合作,将研究走出实验室。


“纳米金颗粒也可以用来监测癌症”


马特·特劳说,他是昆士兰大学的化学家。(特劳是另一项研究的作者,最近也在Nature Communications上发表研究)。


癌症肿瘤通常会在血液中循环脱落微小细胞,这些细胞被称为循环肿瘤细胞( CTCs ),它们彼此大不相同,并且可以产生更多的肿瘤,因此一定要密切关注它们。有一些线索表明CTCs可能在哪里——这些细胞通常含有很多特定类型的蛋白质——但它们仍然很难被捕获。


特劳说,想象一下在整个纽约市抓捕10名罪犯的情景。当“罪犯”是癌细胞时,你必须确保你做对了,因为如果你做不到,你将在治疗上做出错误的决定。


特劳和他的团队设计了各种纳米金粒子,以便他们能够跟踪四种不同类型的CTCs中的一种。



“你准备好所有的粒子,把它们混合在一起,然后把粒子扔进血样中,”他说。


本质上,这些纳米颗粒被训练寻找并附着到标记CTC的特定类型的蛋白质上。当你在粒子上照射荧光线时,它们会发出独特的“条形码”。“如果纳米颗粒发现并附着到蛋白质靶上,条形码就会改变,这样你就知道它找到了哪个CTC以及找到了多少个CTC。不同的粒子可以找到不同的CTCs。


在这项研究中,特劳对已经死亡的黑色素瘤患者在治疗前、治疗中和治疗后的血样进行了测试。纳米颗粒显示了每个样品中不同类型的肿瘤细胞,免疫系统如何反应,以及是否存在副作用。


现在,他的团队想用这种方法来观察更多的血样和其他类型的CTCs。虽然这一次他们只看了四个,但他们可以轻松地寻找更多。他们想实时地进行试验。“如果我们能实时看到这一点,我们就能做出改变患者剂量的决定,”他说。“这些是我们以前从未见过的对癌症的洞察。"