由于莱斯大学的科学家和合作者最近的一项发现，海滩男孩的标志性热门单曲《Good Vibrations》被赋予了全新的意义。他们发现了一种摧毁癌细胞的方法，这种方法是利用一些分子在光的刺激下产生强烈振动的能力。
研究人员发现，用于医学成像的小染料分子的原子可以在近红外光的刺激下一致振动，形成所谓的等离子激元，导致癌细胞的细胞膜破裂。根据发表在《自然化学》上的研究，这种方法对实验室培养的人类黑色素瘤细胞有99%的效率，一半患有黑色素瘤的老鼠在治疗后没有癌症。
赖斯大学的化学家詹姆斯·图尔说:“这是全新一代的分子机器，我们称之为分子风钻。”他的实验室以前曾使用纳米级化合物，赋予光激活的桨状原子链，这些原子链沿着同一方向不断旋转，以钻穿感染性细菌、癌细胞和耐药真菌的外膜。
与基于诺贝尔奖得主伯纳德·费林加的分子马达的纳米级钻头不同，分子手提钻采用了一种完全不同的-和前所未有的-行动机制。
图尔说:“它们的机械运动速度比以前的费林加型发动机快100多万倍，而且它们可以用近红外光而不是可见光激活。”
近红外光可以比可见光更深入地穿透人体，在不损伤组织的情况下进入器官或骨骼。
“近红外光可以深入人体10厘米(~ 4英寸)，而可见光的穿透深度只有半厘米(~ 0.2英寸)，我们用它来激活纳米钻头，”图尔说，他是莱斯大学化学教授、材料科学和纳米工程教授。“这是一个巨大的进步。”
这些“风钻”是氨基菁分子，一种用于医学成像的荧光合成染料。
“这些分子是简单的染料，人们已经使用了很长时间，”该研究的主要作者、莱斯大学的科学家西塞隆·阿亚拉-奥罗斯科(Ciceron Ayala-Orozco)说。“它们具有生物相容性，在水中稳定，并且非常善于附着在细胞的脂肪外层。但即使它们被用于成像，人们也不知道如何将它们作为等离子体激活。”
阿亚拉-奥罗斯科最初是在莱斯大学的娜奥米·哈拉斯领导的研究小组里当博士生时研究等离子体激元的。
阿亚拉-奥罗斯科说:“由于它们的结构和化学性质，这些分子的核在受到适当刺激时可以同步振荡。”“我看到有必要利用等离子体的特性作为一种治疗方式，并对图尔博士处理癌细胞的机械方法感兴趣。我基本上把这些点连起来了。
“我们发现的分子等离子体具有近乎对称的结构，一侧有一个臂。手臂对等离子体运动没有贡献，但它有助于将分子固定在细胞膜的脂质双分子层上。”
研究人员必须证明，这些分子的作用方式既不能归类为光动力疗法，也不能归类为光热疗法。
“需要强调的是，我们已经发现了这些分子如何工作的另一种解释，”阿亚拉-奥罗斯科说。“这是第一次以这种方式利用分子等离子体激元来激发整个分子，并实际产生用于实现特定目标的机械作用，在这种情况下，撕开癌细胞的膜。
“这项研究是关于在分子尺度上利用机械力治疗癌症的一种不同方法。”
德克萨斯A&M大学的研究人员在量子化学家和化学工程教授Jorge Seminario的带领下，对与井喷效应有关的分子特征进行了随时间的密度泛函数理论分析。这项癌症研究是在德克萨斯大学MD安德森癌症中心进行的，研究人员与头颈外科教授兼主任、外科转化研究主任杰弗里·迈尔斯博士合作进行的。
纳米机器人，有限公司，发现研究所和韦尔奇基金会(C-2017-20190330)支持这项研究。
- 同行评议的论文:
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分子风钻通过振动驱动作用根除癌细胞| Nature Chemistry | DOI: 10.1038/s41557-023-01383-y
作者:西塞隆·阿亚拉-奥罗斯科、迭戈·加尔维斯-阿兰达、阿诺多·科罗娜、豪尔赫·塞米纳里奥、罗伯托·兰格尔、杰弗里·迈尔斯和詹姆斯·图尔
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描述:Ciceron Ayala-Orozco是莱斯大学图尔实验室的研究科学家，也是这项研究的主要作者。(图片来源:Jeff Fitlow/Rice University)
描述:阿亚拉-奥罗斯科正在使用共聚焦显微镜。(图片来源:Jeff Fitlow/Rice University)
描述:詹姆斯·图尔是莱斯大学化学教授、材料科学和纳米工程教授。(图片来源:Jeff Fitlow/Rice University)
描述:利用TD-DFT理论，在计算得到的分子等离子体激元上叠加一个氨基氨基分子(一个分子手提钻)的结构，具有对称体和长“侧臂”的特征。(图片来源:Ciceron Ayala-Orozco/Rice University)
(a)一个分子手提钻(蓝色)附着在癌细胞的脂质双分子层上。当受到近红外光的刺激时，它会强烈振动，导致细胞膜撕裂。(b)通过荧光共聚焦显微镜观察，DAPI进入并染色膜破坏的A375黑色素瘤细胞的细胞核。比例尺= 25µm。(图片来源:Ciceron Ayala-Orozco/Rice University)
