Nat Chem：新研究表明分子钻头可有效杀死癌细胞，其效率高达 99%

正如钻头可以穿透混凝土一样，作为一种纳米机器，分子钻头（molecular jackhammer, MJH）能够产生强烈的冲击力，使细胞膜破裂，从而使细胞失衡并杀死细胞。MJH可由近红外光开启，近红外光能刺激整个细胞的同步非定域化振动，这种机械作用可用于快速杀死癌细胞。

在一项新的研究中，来自美国德克萨斯农工大学、莱斯大学和德克萨斯大学安德森癌症中心的研究人员利用实验室培养的人类黑色素瘤细胞和黑色素瘤小鼠对这种方法进行了测试。他们发现MJH在体外杀死这些癌细胞的效率高达 99%，而且用这种方法治疗的小鼠中有 50% 不再患癌症。这一研究成果在同类研究中尚属首次，它为目前的癌症治疗提供了一种更安全、更有效的替代方法。相关研究结果近期发表在Nature Chemistry期刊上，论文标题为“Molecular jackhammers eradicate cancer cells by vibronic-driven action”。

刺激细胞膜中的振动模式是通过激活称为氨基花青分子的MJH来实现的，这类分子由于带正电荷，与细胞的磷脂双分子层携带的电荷相反，很容易附着在细胞外部。

一旦附着后，将这些分子暴露在频率或能量略低于可见红光的不可见红外光中，就能激活它们。由于红色辐射在可见光谱中能量最低，因此任何低于红光的光都是不可见的，这一波段或频率范围被称为近红外光。

当被近红外光激活时，MJH 内的电子会产生等离子体---整个分子都会被激发，从而以极快的速度产生振动。在近红外光辐射的驱动下，MJH 就像不断锤击细胞表面一样。MJH的这些集体锤击足以使细胞膜破裂，产生足以摧毁细胞的分解作用。

据德克萨斯农工大学化学工程系教授Jorge Seminario博士介绍，这种理论方法的一个重要好处是，它可以从第一性原理方法中预测 MJH 在实验测试中的表现。这些前人的知识非常宝贵，它使这项技术更具成本效益和时间效益，同时避免了高风险和昂贵的试错实验。

此外，癌细胞对这些分子机械力产生抵抗性的可能性极低，这使得这些分子锤成为诱导癌细胞死亡的更安全的替代方法。Seminario说，“从医学角度看，当这种技术问世时，它将比光热疗法、光动力疗法、放射治疗和化疗等方法更有益，成本也更低。”

图片来自Nature Chemistry, 2024, doi:10.1038/s41557-023-01383-y

这些作者希望继续测试和改进这项技术，以便医疗专业人员最终能利用它来帮助治疗癌症患者。大量可能的分子结构为定制和使用它们来抗击癌症铺平了道路。

Seminario说，“这是为数不多的这种性质的理论实验方法之一；通常，医学相关领域的研究不会使用像这项研究中使用的第一性原理量子化学技术，尽管了解所有原子的电子和原子核在分子或相关材料中的作用非常有益。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Ciceron Ayala-Orozco et al. Molecular jackhammers eradicate cancer cells by vibronic-driven action. Nature Chemistry, 2024, doi:10.1038/s41557-023-01383-y.

Molecular jackhammers drill pathway to killing cancer cells  
https://medicalxpress.com/news/2024-01-molecular-jackhammers-drill-pathway-cancer.html