導語：你知道嗎？石墨烯和黃金，兩種看似與生物保健風馬牛不相及的無機物，居然可以幫助我們測試新藥物、充當載體精準運送藥物，甚至監測癌症，從而提升我們現有的醫療保健水平。
這正是一項近日已發表在Science Advances雜誌上的研究成果：科學家們利用光和石墨烯控制了培養皿中人類心臟細胞的跳動。隨後，所有待測試的藥物都將用這種方法在心臟細胞上進行測試，以確保該情況下止痛藥不會使心臟病發作。不過實驗終究有別於現實：實驗所用的心臟細胞生長在玻璃或塑料盤子上，玻璃和塑料不導電，但人類心臟會導電——這就使實驗和現實有可能不同。
圖| 超級材料石墨烯
在本次實驗中，石墨烯將光轉化為電，而且還不帶毒性。科學家們通過不斷實驗、迭代優化，藉助改變他們照射到材料上的光量來精確控制石墨烯產生的電量。加州大學聖地亞哥分校的物理學家Alex Savtchenko說，當他們在石墨烯上培養心臟細胞時，他們可以實現對這些細胞的操作：可以使它們跳動的頻率快1.5倍，快3倍，快10倍，或者他們需要的任何東西。
這意味著科學家們可以用石墨烯模仿類似於各種心臟疾病的心電模式，從此測試新型心臟藥物和其他新藥物將變得更加容易。在後續研究過程中，Savtchenko希望可以用這種方法制造出一種更好的起搏器。現在的起搏器通常由電極製成，在控制心臟的跳動的同時也可能劃出心臟內部疤痕。
“人類的心臟非常有彈性，但它仍然只是一個泵。” Savtchenko認為，我們可以將一塊小而持久的石墨烯附著在心肌上，用以取代電極，製成起搏器。（石墨烯將由附近植入的微小光源控制，不會造成疤痕）。除此之外，石墨烯甚至可用於控制大腦中的腦電，並幫助治療神經退行性疾病（如帕金森綜合症）。
研究中用到的另一種醫學潛力巨大的材料正是黃金。金納米粒子化學性質穩定，並且對身體安全。實驗中金納米粒子塗上了一種特定的藥物，憑藉著本身微小的體積輕鬆地穿過人體，將藥物直接運送到需要藥物的地方。
這就是這個實驗的核心思想，但是在實驗中，當研究人員將金納米粒子注入心臟細胞時，它立即被血液中的血清蛋白溶解。林肯大學的納米技術專家Enrico Ferrari如是說。血清蛋白可以警示人體的免疫系統，還會像打免疫排斥病毒一樣攻擊金粒子。根據Ferrari的說法，如果金粒子真的被溶解的話，這種藥物會降解並最終進入脾臟，而不是它應該去的地方
圖| 納米技術的不斷進步，使得金納米顆粒的全球需求量猛增
所以Ferrari開發了一種製造攜帶藥物金納米粒子的新方法，他的結果最近期發表在了Nature Communications雜誌上。他的方法是：在納米粒子外添加了一層防止血清蛋白攻擊的蛋白質。把這層蛋白質想象稱一個保護器，一面能與金粒子完美結合，一面又能將血清蛋白隔離在外。從理論上講，使用這種新方法，金納米顆粒就可以攜帶任意類型的藥物，而Ferrari希望儘早與其他科學家達成合作，將這一研究成果迅速投入生產。
此外，來自昆士蘭大學的化學家Matt Trau還表示說，金納米粒子也可用於監測癌症。（Trau是另一項研究的作者，他的研究成果最近也發表在了Nature Communications雜誌上。）癌症腫瘤通常會影響在血液中循環的微小細胞。這些影響後被稱為循環腫瘤細胞（CTC）的細胞彼此之間的差異很大，可能會引發更多腫瘤產生，因此監視癌症的重點就是是關注它們。
目前關於如何確定CTC的可能位置，學界已經有了一些線索：這些細胞通常具有許多特定類型的蛋白質，可以通過這些特徵來定位它們——但它們仍然很難被捕獲。“想象一下，這就和要在整個紐約市中抓捕某10名罪犯一樣困難。”Trau說。
為此，Trau和他的團隊設計了各種金納米粒子，以便他們可以跟蹤四種不同類型的CTC中的一種。 “我們準備好所有的顆粒，將它們混合在一起，然後將顆粒投入血液樣本中，”他說。從本質上講，這些納米粒子經過培訓後，可以尋找並附著到CTC的特定類型蛋白質上。之後，再用熒光照射粒子時，它們就會亮出一個獨特的“條形碼”。如果納米粒子發現並附著到蛋白質目標上，則條形碼會發生變化，因此研究人員就能知道它找到了哪種CTC，以及找到了多少個。這樣，設計不同的粒子，就能找到不同的CTC。
圖| CTC細
Trau分用治療前、治療期間和治療後從已故黑色素瘤患者身上採集的血液樣本測試了這項新技術。納米顆粒能標記每個樣品中不同類型的腫瘤細胞，顯示免疫系統如何反應以及是否有副作用。現在，他的團隊想要用這種方法在更多的血液樣本上進行試驗，辨析其他類型的CTC。
“只要我們能做到實時監測CTC細胞的變化，我們就可以針對情況改變患者的劑量，”他說。 “這是一種全新的癌症預防療法。”
審校 | 楊子彤 Soybean
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