中子揭示蜘蛛百合如何捕食癌症保护健康细胞
能源部橡树岭国家实验室的科学仪器可以帮助创建一种源自常见热带植物的非侵入性癌症治疗方法。
Pancratistatin 是一种在蜘蛛百合(一种夏威夷本土花卉)中发现的化合物。与传统疗法不同，它可以杀死癌细胞，同时保持健康细胞完好无损。
直到最近，pancratistatin 的工作原理还让科学家们感到困惑，使潜在新疗法的希望蒙上阴影。但在 ORNL 进行中子实验后，温莎大学的学生对 pancratistatin 的机制有了基本的了解，这可能为大大改善癌症治疗打开新的大门。
“通过在实验室对细胞提取物进行实验，我们在以前的工作基础上获得了更详细的胰酶抑制剂图片，”领导这项研究的 UWindsor 博士候选人 Stuart Castillo 说。“我们的希望是创造一条不损害健康细胞的治疗癌症的新途径。”
ORNL 的散裂中子源提供了世界上为数不多的能够进行研究所需测量的中子束线之一。中子自旋回波仪器允许学生同时测量埃和微秒的细胞动力学。一埃等于十亿分之一米。一微秒等于百万分之一秒。
癌性肿瘤始于细胞过度生长，这一过程始于线粒体，即细胞中产生能量的部分。从理论上讲，癌细胞会吸收大量胆固醇，使线粒体的细胞壁或细胞膜变硬，从而阻止它们与细胞其他部分的交流。然后，线粒体失控，导致细胞过度增殖。
退一步，进一大步
几十年前，科学家们利用活细胞发现了 pancratistatin 对癌症的作用。在这些早期实验中，pancratistatin 成功地触发了癌性睾丸、乳腺、肝脏、胰腺和神经细胞的细胞凋亡或细胞死亡。从那时起，研究一直局限于合成膜的实验，直到人们对这种自然疗法有了更多的了解。使用合成材料进行实验可以让研究人员在没有生命系统附带的变量的情况下建立对特定变化的理解。
“我们所说的关于使用合成膜的事情是，它永远不会 100% 代表细胞，也永远不会。整个科学界最终希望从这种基本的合成模型过渡到更现实的细胞模型，”温莎大学研究生研究员 Maksymilian Dziura 说。“我们想利用活细胞来了解细胞，但实现起来并不容易。在我们慢慢过渡到使用更现实的系统之前，我们需要充分了解情况。”
SNS 及其姊妹设施高通量同位素反应堆提供了必要的工具，可帮助研究人员在原子尺度上观察和测量材料。中子特别适合研究生物膜，因为中子可以穿过脆弱的生物材料而不会损坏它们。在来到 ORNL 之前，学生们表明，pancratistatin 以触发细胞凋亡的方式硬化合成线粒体膜，为研究细胞提供了基础。
学生们使用 SNS 的中子自旋回波光谱仪比较了胰酶抑制素如何影响癌细胞和非癌细胞线粒体膜的内层和外层。
UWindsor 研究生研究员 Dominik Dziura 说：“我们正在专门研究膜的硬度、厚度以及这些分子彼此之间的行为方式。” “我们的想法是，与癌变的细胞膜不同，健康的细胞膜将是灵活的，并且会像它应该的那样移动，与其他受体和细胞膜结合并允许细胞之间的交流。”
“关于癌症，我们知之甚少，”温莎大学研究生研究员 Isabelle Dib 说。“而且我们还没有真正研究癌变细胞膜和非癌变细胞膜之间的差异。这是一种新的方法。”
该团队还利用 ORNL 的 Shull Wollan 中心和 纳米相材料科学中心的实验室 来开发和准备他们的样品。两者距离 SNS 都只有很短的步行路程。这些资源的邻近性使团队能够在短短几周内完成研究，否则他们可能需要花费数月或更长时间。
“我们这里的设置，包括 SNS、Shull Wollan 中心和 CNMS，非常适合我们进行实验和分析数据，”Castillo 说。“这是整个包裹。”
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