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太陽能技術可以殺死癌細胞嗎?

癌細胞分裂
  • 用於太陽能的技術或許能夠偵測並攻擊癌細胞。

  • 光激活螢光染料可用於疾病診斷、影像導引手術和腫瘤治療。

  • 到目前為止,這一概念已在乳腺癌、肺癌和皮膚癌細胞中進行了測試。

本文發表在《今日密西根州立大學》。

科學突破並不總是發生在實驗室中。 對於密西根州立大學的研究人員索菲亞和理查德·倫特來說,他們的許多突破都是在社區散步期間取得的。

這對夫婦的一步一步的方法揭示了一種使用傳統上為太陽能保留的技術來檢測和攻擊癌細胞的新方法。 研究結果發表在最新一期的《科學報告》上,展示了光激活螢光染料在疾病診斷、影像導引手術和特定部位腫瘤治療方面的顯著改進。

「我們已經在乳腺癌、肺癌和皮膚癌細胞係以及小鼠模型中測試了這個概念,到目前為止,它看起來都非常有前途,」密西根州立大學生物化學和分子生物學家索菲亞說。

約翰森克羅斯比化學工程和材料科學教授理查德說,雖然癌症應用的可能性最大,但他們的發現有超越腫瘤學領域的潛力。

他說:“這項工作有可能通過從生物醫學到光催化(光催化化學反應的加速)等應用來改變螢光探針,從而產生廣泛的社會影響。” “我們的太陽能研究啟發了這個癌症項目,反過來,對癌細胞的關注又推進了我們的太陽能電池研究;這是一個驚人的反饋循環。”

在倫特夫婦共同努力之前,用於治療和診斷的螢光染料(又稱「治療診斷」)存在一些缺點,例如亮度低、對細胞毒性高、組織滲透性差和不良副作用。

透過光電調節用作治療診斷的有機鹽奈米顆粒,倫特夫婦能夠在一系列癌症研究中控制它們。 將奈米顆粒引入無毒區域可增強成像效果,同時將它們推入光毒性(或光激活)範圍可產生有效的現場腫瘤治療。

關鍵在於學會獨立於其光學特性來控制其光敏分子的電子學,然後以一種新的方式將這種理解應用到看似不相關的領域。

理查德最近在將光伏發電轉化為太陽能玻璃的工作中發現了以電子方式調節這些鹽的能力。 索菲亞長期以來一直研究癌細胞特有的代謝途徑。 當倫特夫婦在散步時討論太陽能玻璃時,他們發現了這種連結:太陽能電池中的活性分子也可以用來更有效地瞄準和殺死癌細胞。

他們的行走有相當不科學的開始。 倫特夫婦在普林斯頓大學見面後不久,理查德就搬到了另一所大學。 為了維持異地戀,他們每天都會打電話。 當他們到達密西根州立大學後,個人的學術職業需求取代了地理距離,成為他們忙碌生活的挑戰。

為了日常交流,他們每天晚上都會像執行長一樣一起散步。 無論風雨無阻,兩英里的漫步都會進行,他們經常進行科學討論。 索菲亞說,他們散步的三個關鍵是有意識的好奇心、毅力以及不同領域和觀點的融合。

「我們談論科學、我們職業生涯的戰略計劃以及我們的各種資助,」她說。 “我們互相交流想法。我們持續不斷的對話,針對特定主題或挑戰集思廣益,常常會帶來令人興奮的‘頓悟’時刻。”

他們的步行幫助他們克服了許多挑戰。

「我們的第一次實驗結果沒有達到預期;令我驚訝的是,我們沒有放棄,因為這個想法一開始看起來很瘋狂,」理查德說。 “弄清楚如何進行這項研究需要走很多路。”

顯然,結果是值得的。 如今,理查德設計了分子; 密西根州立大學化學家 Babak Borhan 合成並改進了它們; 和索菲亞在癌細胞系和小鼠模型中測試了他們的光敏發明。

未來的研究將致力於提高治療診斷的有效性、降低毒性和副作用。 倫特夫婦已經為他們的工作申請了專利,他們期待最終透過臨床試驗推動他們的光活性分子發現。

「儘管這需要走很多次路,」理查德微笑著說。

該研究發表於 科學報告 2019 年 10 月。



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