杀死癌症：铱，人血清白蛋白和一些蓝光

漫威最著名的超级英雄之一一直被认为是Logan（又名金刚狼）。 除了闪光速度的再生，他的身体的什么特征首先想到？ 一句话-金刚砂。 这种稀有金属具有独特的性能，几乎不可能破坏它，并且加工需要很多工作。 这种虚构的物质在我们的现实中具有几个等效项，它们也具有非常特殊的性质。 其中，铱值得科学家特别注意。 这种金属很难使一个简单的人成为超级英雄，但他知道如何破坏癌细胞（Deadpool不会拒绝这种事情）。 科学家如何得出这一结论：铱在抗癌方面的功效如何，在肿瘤学方面的前景如何？ 深入研究组报告以获取答案。 走吧

金属科学

铱（Ir）是铂族元素中一种极其牢固的过渡金属。 像虚构的金刚砂一样，铱即使在2000°C的温度下也具有很强的抗腐蚀能力。 这两种金属在地球外起源中的另一个相似之处。 更确切地说，我们星球上的铱很小，因此，在陨石掉落的地方发现它的浓度很高。


铱（Ir）

铱是化学家史密森·坦南特（Smithson Tennant）于1803年发现的，它在科学界是一种相当年轻的金属。 他使用硝酸和盐酸的混合液处理铂，这是一个非常不寻常的名字-王水。 从该解决方案的组成中可以明显看出，使用该解决方案后，您将不会像电影中的成龙一样成为“醉酒的主人”，而是一个死去的主人。 因为“伏特加”一词最初是指纯净水，直到十四世纪以后，它才开始被用来指酒精饮料。

在皇家伏特加的帮助下，坦南特先生能够以纯净的形式获得铂金中的那些杂质，即namely和铱。

如前所述，铱很少-每年大约开采3吨这种金属。 相比之下，根据一些消息来源，白银开采每年超过27,000吨。

学习基础

该研究基于已经应用的治疗癌症（以及其他一些癌症）的方法-光动力疗法（PDT）。 该方法的主要特征是光敏剂和光。

光敏剂* -增加对生物组织中光暴露敏感性的物质。

敏化剂非常挑剔，也就是说，它们仅在那些需要更换以进一步照射光的组织中积累。

当光进入目标组织时，发生光化学反应-分子三重态氧（ ³ O ₂ ）转化为单重态氧。 另外，形成高活性自由基。 一起，这导致癌细胞的死亡。

科学家将光敏蛋白和氨基乙酰丙酸列为PDT治疗中最常见的光敏剂。 然而，近年来，由于具有异常和有用的光化学和光物理性质，因此越来越关注具有高发光系数的金属。 例如，用于膀胱PDT治疗的TLD1433（钌）和用于血管治疗的WST11（钯）。

研究成果

科学家认为，为什么不使用铱呢？ 但是首先，您需要一种允许使用这种金属的机制。 患者不会像普通药片那样口服铱。 在这里，人血清白蛋白（ HSA ）与这项工作有关，由于其性质和数量（约占所有血液蛋白的55％），它是各种物质（在我们的情况下，是药用的）的优良载体。 简而言之，CSA可用于将抗癌药物递送至患者身体所需的部位，先前的研究已使用using，钌和钯进行了证明。


图片编号1

在我们的研究中，科学家与HSA一起创造了马来酰亚胺官能化的八面体有机铱（III）络合物Ir1（ 1a ）。 事实证明，与“纯” Ir1（即不含HSA）相比，该复合物（Ir1-HSA）在增强磷光方面要有效得多。

在黑暗中，Ir1-HSA对普通细胞基本上无毒，但对癌细胞及其球体（细胞形成）表现出较强的光细胞毒性。

合成的Ir1在黑暗中和暴露在蓝光下1个小时后可稳定12个小时。 有必要检查碳-碳键（C = C）。 为此，使Ir1和半胱氨酸（Cys）的复合物以Cys：Ir1-2：1的摩尔比在[D ₆ ] DMSO / D ₂ O中在298 K的温度下反应30分钟。 由于质子磁共振，科学家发现马来酰亚胺基团的乙烯基质子的峰值约为6.62 ppm（百万分之一）。 加入半胱氨酸后，峰消失了，但随后在2.9 ... 3.9 ppm范围内重新出现。 科学家将其归因于半胱氨酸的结合。

接下来，科学家检查了HSA中的游离巯基Cys34是否可以与C = C反应。 为此，将30μM（micromol）Ir1与HSA（0-120μM）孵育1小时。 此外，使用反相高效液相色谱法（RP-HPLC）分离所得反应产物。

当HSA达到120μM时，Ir1的峰完全消失（HSA与Ir1的比= 4：1）。 因此，每1摩尔HSA（ 1s ）的硫醇（SH）含量为0.27±0.1摩尔SH。 因此，120μMHSA的游离SH基团的浓度为32.4±1.2μM。 使用该指示剂，与30μMIr1发生反应，导致以1：1的比例出现Ir1和HSA的加合物（分子的直接连接）。

与Ir1-HSA络合物（ 1d ）相比，纯Ir1在水溶液中没有强辐射。 HSA的浓度越高，Ir1本身（ 1e ）的磷光越强。


图片编号2

为了从HSA中除去游离的硫醇基，每天在277 K的温度下将100μM胱氨酸添加到溶液中。将所得产物与Ir1合并30分钟。 观察表明磷光显着降低。 在HSA-Cys34和Ir1（ 2a ）偶联物的情况下，情况恰好相反，这表明正是游离的Thysol Cys34才是Ir1的连接链（更确切地说是结合域）。

现在有必要更详细地研究CSA，并将其分析为各个组成部分。 人血清白蛋白具有585个氨基酸残基的一条链，科学家们需要精确地找到增强Ir1发光的那些残基。 为此，对Ir1与各种氨基酸（ 2b和2c ）的相互作用进行了发光分析。 如图2b所示 ，组氨酸（His）是氨基酸中首屈一指的氨基酸，它使Ir1的发光强度提高了37倍。

由于对Ir1-HSA复合物的组成成分内部的作用和作用了解不多，科学家们转向了实际应用，即实验。

首先，将0.4毫摩尔的Ir1稀释在20毫升的MeOH：H2O中，加入0.4毫摩尔的HSA并搅拌1小时。 然后使用共聚焦显微镜研究Ir1-HSA在活肺癌细胞（A549）中的分布。

30分钟后，Ir1-HSA已经大部分集中在癌细胞的细胞质中。 从孵育开始的60-120分钟，复合物渗透到癌细胞的细胞核中。


图3：肺癌A549细胞的共聚焦显微镜检查。

但是，值得注意的是，不是整个复合物都渗透到癌细胞的细胞核中，而是仅Ir1。 免疫荧光测试表明，暴露于Ir1的细胞核中根本不存在HSA。


图4：肺癌细胞中HSA的免疫荧光分析。

但是HSA不会消失得无影无踪，它只是残留在癌细胞的细胞质和细胞膜中。 事实证明，HSA完全履行了其职能：他将Ir递送到细胞核，而他仍在外面。


5号图：Ir1磷光和Ir1-HSA络合物的量子产率和寿命。

科学家们还检查了Ir1磷光（本身）和Ir1-HSA络合物的量子产率（夸张的强度）和寿命。

Ir1的量子产率非常小（仅为0.001），并且在298 K的温度下的寿命为182.7纳秒（ 5a ）。 但是Ir1-CSA量子产率已经为0.036，寿命为871.8 ns。 磷光的持续时间有助于产生单线态氧（ ¹ O ₂ ）。

使用2,2,6,6-四甲基哌啶作为自旋阱的电子顺磁共振光谱有助于在465 nm照射20分钟后检测纯Ir1和Ir1-HSA络合物中的1O2生成（ 5b ）。 不出所料，Ir1-HSA的1O2量子产率显着高于Ir1（0.06）（0.83）。

还需要检查Ir1-HSA和Ir1对癌细胞和健康细胞的影响程度。 三种选择用作癌细胞：肺癌A549，肝癌Hep-G2和耐顺铂肺癌A549R。 作为健康细胞，使用了MRC-5（肺）和LO2（肝）。 实验是在两种不同的照明条件下进行的：整个实验过程中完全是黑暗的，而蓝光则是。

将细胞与Ir1或Ir1-HSA孵育2小时，用过硼酸钠洗涤并用蓝光照射20分钟，或置于黑暗中（实验的第二版）。 此后，细胞在46小时内恢复。

实际上，在黑暗（89.6μM）和光照（53.3μM）下，没有Ir1对A549细胞的影响。


Ir1和Ir1-HSA对癌细胞的影响表：数字越大，暴露越少（即，更多的癌细胞保持不受伤害）。

但是Ir1-CSA显示出截然不同的结果。 在黑暗中，测试复合物不会以任何方式影响癌细胞，但是当被照射时，其细胞毒性显着增加。 从上表中可以看到类似的结果，Ir1和Ir1-HSA与其他癌细胞有关。 同时，在黑暗和光照下的健康细胞不受Ir1和Ir1-HSA的影响。

最后，科学家们在曝光后对细胞内的活性氧（ROS）进行了分析。 如预期的那样，在黑暗中未检测到ROS。 但是，在使用Ir1-HSA后接受光照射的细胞中，检测到ROS（ 5c ）。

为了更详尽地了解这项研究，我强烈建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

在这项研究中，科学家们并未尝试在光动力疗法中发明使用稀有金属的形式，因为自行车早已用with和钯完成了。 但是，还没有人尝试使用铱，研究人员决定修复它。 他们的工作并非没有用，因为铱在对抗各种类型的癌细胞方面表现出优异的结果，而不会影响健康的细胞。

肿瘤疾病是最常见的疾病之一，每年夺去数百万人的生命。 应对这种疾病的新方法的发明以及对现有方法的改进应该并且将继续。 当然，我们还远未赢得癌症的全部胜利，但世界各地的科学家仍在实验室中继续奋斗，就像病房中的数百万患者一样。

也不要忘记导致癌症发生的因素。 其中一些（生态，不良习惯等）可以被一个人完全消除。



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