金纳米粒子杀死癌症，但并非如人们所想

十亿分之一米大小的金粒子对癌症细胞是致命的。这一事实早就为人所知，有一个简单的关联：用于对抗癌症细胞的纳米颗粒越小，它们死亡的速度就越快。然而，波兰科学院核物理研究所利用一种新的微观技术进行的最新研究显示，这些相互作用的情况更有趣、更复杂

较小的细胞杀死得更快——这是之前关于用于对抗癌症细胞的金纳米颗粒的想法。科学家们认为，小的纳米颗粒会更容易穿透癌症细胞的内部，它们的存在会导致代谢紊乱，最终导致细胞死亡

然而，事实证明，事实更为复杂，正如位于克拉科夫的波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）的科学家进行的研究所证明的那样，这项研究得到了热绍夫大学（UR）和热绍夫理工大学进行的理论分析的支持

“我们的研究所运营着一个最先进的质子放射治疗医疗和加速器中心。因此，几年前有报道称，金纳米颗粒可以成为很好的放射增敏剂，并提高这种治疗的有效性，我们开始自己合成它们，并测试它们与癌症细胞的相互作用。我们很快发现，纳米颗粒的毒性并不总是如预期的那样，”Joanna Depciuch-Czarny博士（IFJ PAN）说，她是这项研究的发起人，也是一篇讨论这一结果的文章的第一作者，该文章发表在《Small》杂志上

结肠癌癌症细胞在与小的球形金纳米颗粒相互作用后没有改变其形态，并且仍然能够分裂。来源：IFJ PAN＜p＞纳米颗粒可以使用多种方法生产，产生不同尺寸和形状的颗粒。在开始自己的金纳米颗粒实验后不久，IFJ PAN物理学家注意到，生物学并没有遵循普遍的规则，即它们越小，毒性越大

在Cracow中生产的10纳米大小的球形纳米颗粒实际上对所研究的神经胶质瘤细胞系无害。然而，在暴露于大至200纳米但具有星形结构的纳米颗粒的细胞中观察到高死亡率

由于在波兰IFJ PAN使用了第一台全息摄影显微镜，上述矛盾得以澄清

典型的CT扫描仪使用X射线扫描人体，并逐节重建其空间内部结构。在生物学中，全息摄影显微镜最近也起到了类似的作用。在这里，细胞也被辐射束扫描，虽然不是高能辐射，而是电磁辐射。选择它的能量是为了使光子不会干扰细胞代谢

扫描的结果是一组全息横截面，其中包含有关折射率变化分布的信息。由于光在细胞质上的折射不同，在细胞膜或细胞核上的折射也不同，因此可以重建细胞本身及其内部的三维图像

Depciuch-Czarny博士列举道：“与其他高分辨率显微镜技术不同，全息层析成像不需要制备样品或将任何外来物质引入细胞。因此，金纳米颗粒与癌症细胞的相互作用可以在培养箱中直接观察到，后者是在未受干扰的环境中培养的，更重要的是，具有纳米分辨率。”

全息层析成像的独特特征使物理学家能够确定癌症细胞在金纳米颗粒存在下发生意外行为的原因。在三种细胞系上进行了一系列实验：两种神经胶质瘤和一种结肠。除其他外，观察到尽管小的球形纳米颗粒容易穿透癌症细胞，但细胞再生，甚至开始再次分裂，尽管存在初始应力

在结肠癌癌症细胞的情况下，金纳米颗粒很快被挤出。大的星形纳米颗粒的情况不同。它们锋利的尖端刺穿了细胞膜，很可能导致细胞内的氧化应激增加。当这些细胞不再能够修复日益严重的损伤时，细胞凋亡或程序性死亡的机制就被触发了

“我们利用Cracow实验的数据建立了一个研究中细胞内纳米颗粒沉积过程的理论模型。最终结果是一个微分方程，可以将经过适当处理的参数代入其中——暂时只描述纳米颗粒的形状和大小——以快速确定癌症细胞在给定时间内对分析颗粒的吸收将如何进行，”UR教授、该模型的合著者Pawel Jakubczyk博士说

他强调，“任何科学家都可以在自己研究的设计阶段使用我们的模型，立即减少需要实验验证的纳米颗粒变体的数量。”

轻松减少潜在实验数量的能力意味着减少了与购买细胞系和试剂相关的成本，并显著缩短了研究时间（仅培养一个商用细胞系通常需要大约两周的时间）。此外，该模型可用于设计比以前更好的靶向疗法，其中纳米颗粒将被选定的癌症细胞特别好地吸收，同时对患者其他器官中的健康细胞保持相对较低甚至零毒性

Cracow Rzeszow的科学家小组已经在准备继续他们的研究。新的实验应该很快可以扩展纳米颗粒与癌症细胞相互作用的模型，以包括进一步的参数，如颗粒的化学成分或其他肿瘤类型。后来的计划还包括用数学元素补充模型，以优化纳米颗粒和肿瘤的特定组合的光或质子治疗的疗效