兵不厌诈,这是战争!奈米级的特洛伊木马屠城记,点燃科学家与癌细胞的战火

大家都喜欢礼物,但如果今天这个礼物包藏了致命物质,你还喜欢吗?就像希腊人送给特洛伊人的木马一样,看似是战利品的礼物,结果却是包藏祸心的可怕毒药!

新加坡南洋理工大学替癌症治疗开启一个新方向。

近期,新加坡的南洋理工大学团队研发出一种新的抗癌方式。将L-苯丙胺酸(L- phenylalanine) 包覆在奈米颗粒上,癌细胞吸收后会使其自行凋亡。虽然这项发现仍在早期研究的阶段,但目前在细胞实验和老鼠实验,皆有不错的效果。

癌细胞需要很多、很多的胺基酸

对于快速生长的癌细胞,往往需要吸收大量的胞外必需胺基酸来支持其快速生长,因此不少癌症的表征之一就是:负责摄取胺基酸的基因1会大量表现

此外,不少研究也都证实,若我们能够减少癌细胞的胺基酸摄取,就能有效降低其生长速率。因此科学家们相信,严格控制癌症病患饮食中的蛋白质含量,并搭配药物,可能有助于癌症的治疗。

此种治疗方式不只需严格控制病患饮食中的蛋白质含量,也要对病患身体有足够的了解。

但这种治疗方式需要医师对病患的身体状况有良好的了解、监控和支持,且有造成病患营养不良的风险,对于有恶病质(Cachexia) 2的病患,更是不适合。

因此,如何将癌细胞对于必需胺基酸的大量需求结合到癌症治疗中,成为一大难题。

暗藏「毒药」的胺基酸大礼包

针对这个问题,南洋理工大学的研究团队设计了一种新的治疗方式。将L-苯丙胺酸这个必需胺基酸包覆在直径30 nm的矽制奈米颗粒上,并将此特制奈米颗粒命名为Nano-pPAAM 3

该团队先前的研究显示,多孔抗癌药物运输用矽制奈米颗粒,被细胞吸收后会使细胞内的活性氧物质(Reactive oxygen species,简称ROS)大量产生,使其因此产生细胞凋亡( apoptosis)。

因此顺着这个思路,他们设想:「若将癌细胞需要的必需胺基酸包覆住这些矽制奈米颗粒,是否能使癌细胞在吸收后自行凋亡?」就像特洛伊木马一样,外表看似是给癌细胞的礼物(必需胺基酸),但里面却是包着致命的士兵(奈米颗粒)

被胺基酸包覆的矽制奈米颗粒,就像是暗藏着敌人的特洛伊木马,让癌细胞以为是送给它的礼物,却可能让它自行凋亡。

他们的研究结果指出,比起传统的抗癌药物Cisplatin,Nano-pPAAM 能更专一的杀死乳癌、皮肤癌和大肠癌细胞而不伤害一般细胞。在裸鼠实验中,Nano-pPAAM 也能明显地抑制老鼠体内的移植的乳癌细胞的生长。

以前的奈米颗粒,只是毒药的「司机」

该研究的计画主持人指出,这个研究的方向和传统的奈米颗粒研究不同。

传统的奈米颗粒是用于包裹和运送,将抗癌药物包裹并运送到肿瘤中再做刺激,使其释放抗癌药物到肿瘤中。

在传统的疗法中,奈米颗粒仅仅扮演运输的角色,本身并无药效。然而,在这一次的研究中,奈米颗粒不会携带任何抗癌药物,而是使用奈米颗粒本身的性质,直接让癌细胞产生大量的活性氧物质并让癌细胞自行凋亡。

在之前的研究中,科学家大多将奈米颗粒当作「毒药的运输工具」,而非「毒药」本身。

他们在先前的研究无意中发现,特定大小的奈米颗粒送入细胞后,会产生大量的活性氧化物质,他们才因此决定深入研究奈米颗粒的哪些物理参数会导致活性氧化物质在细胞内的生成。

如何从司机变身为致命毒药?

先前的测试初步显示这个现象与奈米颗粒的材质有关,同样大小的奈米颗粒若以银和钛合成不会产生活性氧化物质,只有以矽合成才会产生

因此后续的测试他们先建立了大量的矽制奈米颗粒的筛选库,以奈米颗粒的大小孔洞数还有送入密度为筛选标准,成功找出能使细胞产生大量活性氧化物质的奈米颗粒所具备的大小、孔洞数还有送入密度。

这样做有什么好处呢?

以往就算奈米颗粒成功携带药物进入组织中,我们也需要各种化学与物理的刺激,才能让奈米颗粒释放出药物并产生药效,再加上肿瘤组织附近的微环境相当复杂,使得这类刺激不易发生,让癌症治疗面临严峻的难关。

以往奈米颗粒携带药物的疗法中,因为难以刺激奈米颗粒释放出药物,因此增加了治疗癌症的难度。

不过,本研究中的Nano-pPAAM 完全不需要额外携带药物,因此在对抗癌细胞的过程中,我们就能免去药物运送和代谢的困扰,为未来癌症治疗提供一个新的方向。

接下来,研究团队将往「专一性」的方向做研发,使其能精确地攻击特定种类的肿瘤,同时提高其杀死癌细胞的能力。或许,未来Nano-pPAAM 能结合更多治疗方式,如近来火热的免疫疗法,让我们在对抗癌症的道路上寻找更多的可能与希望。

注解

  1. 此基因为LAT1 (The L-Type Acid Transporter)
  2. 恶病质(Cachexia) 是癌症病患因体内贺尔蒙代谢与新陈代谢异常,或因食物摄取量减少所产生的营养不良症状。
  3. 此特制奈米颗粒的全名为:Nanoscopic phenylalanine Porous Amino Acid Mimic。

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