石墨烯和金對(duì)我們的健康有重要的作用——因?yàn)樗鼈兛梢詭椭覀儨y(cè)試新藥, 更準(zhǔn)確地將藥物送到人體需要的部位, 甚至監(jiān)測(cè)并控制癌癥的發(fā)展。

最近在《 Science Advances》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究成果中, 科學(xué)家們想出了如何用光和石墨烯對(duì)人類心臟細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而在實(shí)驗(yàn)玻璃皿中模擬心臟跳動(dòng)的環(huán)境。目前為止, 所有正在開發(fā)中的藥物都需要在心臟細(xì)胞上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試, 以確保諸如止痛藥導(dǎo)致心臟病發(fā)作等事故不會(huì)發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)中，這些心臟細(xì)胞會(huì)在實(shí)驗(yàn)玻璃皿或塑料實(shí)驗(yàn)皿中培養(yǎng)生長(zhǎng)。但是這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際的心臟跳動(dòng)有一個(gè)很大的區(qū)別，那就是，玻璃和塑料不導(dǎo)電, 而我們的心臟是導(dǎo)電的, 這就意味著測(cè)試并不像研究者想象的那樣真實(shí)。

不過(guò)有一種材料可以改變這一現(xiàn)狀——石墨烯不僅可以將光轉(zhuǎn)化為電，而且也沒(méi)有毒性。在最新發(fā)表的研究中，科學(xué)家們已經(jīng)研制成功了“如何通過(guò)改變照射到材料上的光量”來(lái)精確控制石墨烯產(chǎn)生的電量的方法。加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家亞歷克斯·薩夫臣柯（Alex Savtchenko）說(shuō)，在石墨烯上培養(yǎng)心臟細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，他們也已經(jīng)做到了可以利用光來(lái)控制電流，以模擬不同心臟跳動(dòng)的頻率的環(huán)境。他們可以模擬心臟跳動(dòng)快 1.5 倍，快 3 倍，快 10 倍，或者他們需要的任何頻率的環(huán)境。

這意味著科學(xué)家們可以使石墨烯模仿類似于各種心臟疾病的電流模式，這使得測(cè)試心臟藥物和其他新藥物變得更加容易。未來(lái)，薩夫臣柯（Savtchenko）希望這種方法可以用于研制出更好的心臟起搏器。起搏器主要用于控制心臟的跳動(dòng)，目前通常由電極制成——不過(guò)這些電極可能會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)部疤痕的出現(xiàn)。

薩夫臣柯認(rèn)為，今后我們可以將一塊體積小而壽命長(zhǎng)的石墨烯附著在心肌上完成起搏器的功能（石墨烯將由植入在該起搏器附近的微小光源控制，并不會(huì)造成疤痕），從而取代電極。如果把視野放的更遠(yuǎn)一些，石墨烯甚至可以被用于控制大腦中的電流并治療神經(jīng)退行性疾病，比如帕金森病。 “雖然人類的心臟非常有彈性，但歸根結(jié)底，它仍然只是一個(gè)泵”，他說(shuō)，“利用石墨烯的這一特性，還可以做很多其他事情”。

另一種在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著巨大潛力的材料是黃金。金納米粒子對(duì)身體安全無(wú)危害，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。人們可以給這些納米粒子上覆蓋特定的藥物，借助金納米粒子極小的體積，藥物可以輕松地穿過(guò)人體組織，直接進(jìn)入體內(nèi)需要藥物靶向治療的區(qū)域。

總體來(lái)講，主要的技術(shù)思路就是上面所說(shuō)的這些。不過(guò)，林肯大學(xué)的納米技術(shù)專家恩里克·法拉利（Enrico Ferrari）表示，在現(xiàn)實(shí)中，一旦將金納米粒子注入人體內(nèi)部時(shí)，免疫機(jī)制就會(huì)被觸發(fā)：這些金納米粒子會(huì)立即被血液中已經(jīng)存在的名為血清蛋白的蛋白質(zhì)覆蓋。血清蛋白之后就會(huì)號(hào)召人體的整個(gè)免疫系統(tǒng)，它們之后便會(huì)像打擊所有其他身體入侵者一樣攻擊金納米粒子。根據(jù)法拉利的說(shuō)法，如果免疫系統(tǒng)成功，這種藥物會(huì)被降解并最終進(jìn)入脾臟，而不是我們想讓它去的地方。

為了對(duì)應(yīng)這一現(xiàn)象，法拉利研發(fā)了一種新的制造納米粒子的方法，這一結(jié)果最近已發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。他給金納米粒子表面覆蓋添加了一層防止血清蛋白攻擊的蛋白質(zhì)。

法拉利說(shuō)，這就好像我們給這些血清蛋白層安裝了一個(gè)配適器。配適器的一端可以和金粒子結(jié)合得非常好，并且可以阻止血清蛋白覆蓋金粒子激發(fā)免疫反應(yīng)；配適器的另一端被設(shè)計(jì)成有利于藥物找到治療目標(biāo)。從理論上講，這種新方法可以對(duì)任意類型的藥物或金納米粒子進(jìn)行試驗(yàn)，因此法拉利也希望與其他科學(xué)家一起合作，將這一研究從實(shí)驗(yàn)室推廣到實(shí)際運(yùn)用中。

昆士蘭大學(xué)教授、化學(xué)家馬特·特勞（Matt Trau）說(shuō)，金納米粒子也可用于監(jiān)測(cè)癌癥（特勞是這一領(lǐng)域另一項(xiàng)研究的作者，他的研究成果最近也發(fā)表在《自然通訊》雜志上）。癌癥腫瘤在血液循環(huán)過(guò)程中通常會(huì)分散釋放出一些微小的細(xì)胞。這種細(xì)胞被稱為循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC），它們彼此之間的差異通常很大，而且還可能會(huì)制造更多的腫瘤，因此密切關(guān)注這些 CTC 細(xì)胞是十分重要的。

雖然通過(guò)一些線索可以找到循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的蛛絲馬跡—— 這些細(xì)胞通常具有自己特定類型的蛋白質(zhì)，但想要捕獲它們是異常艱難的。捕獲它們和成功抓住整個(gè)紐約市的10名罪犯一樣艱難，特勞說(shuō)。而當(dāng)“罪犯”是癌細(xì)胞時(shí)，你就更要確保要成功捕捉罪犯，因?yàn)槿绻闶×?，就?huì)導(dǎo)致做出錯(cuò)誤的治療決定。

?

圖 | 昆士蘭大學(xué)教授Matt Trau

特勞（Trau）和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作了各種類型的金納米粒子，最終他們做到可以成功跟蹤4種不同類型的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）中的一種。“你需要準(zhǔn)備好所有的粒子，將它們混合在一起，然后將這些粒子投入到血液樣本中。”他說(shuō)。簡(jiǎn)單地講原理就是，這些納米粒子經(jīng)過(guò)重重實(shí)驗(yàn)篩選之后可以尋找并附著到指示某種循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的特定類型的蛋白質(zhì)上。之后當(dāng)照射熒光在這些粒子上時(shí)，它們會(huì)發(fā)出一個(gè)獨(dú)特的“條形碼”。如果納米粒子發(fā)現(xiàn)并附著到特定蛋白質(zhì)目標(biāo)上時(shí)，條形碼會(huì)發(fā)生變化，這樣你就可以知道它找到了哪種循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）以及每一種找到了多少個(gè)。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的粒子可以找到不同的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）。

為了這項(xiàng)研究，特勞從已故黑色素瘤患者身上采集了血液樣本，并利用這一技術(shù)分別對(duì)這些治療前、治療期間以及治療后的血液樣本進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在治療的不同階段血液中都有哪些不同類型的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，免疫系統(tǒng)是如何反應(yīng)的，以及治療是否有副作用。

現(xiàn)在，他的團(tuán)隊(duì)想要用這種方法來(lái)對(duì)更多的血液樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且跟蹤監(jiān)測(cè)更多類型的循環(huán)腫瘤細(xì)胞。雖然這次只找到了4種，之后他們將很容易找到更多循環(huán)腫瘤細(xì)胞。研究者想要實(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

特勞表示：“只要我們可以實(shí)時(shí)觀看熒光的變化，我們就可以根據(jù)此對(duì)患者做出改變劑量的相應(yīng)判斷，這些將會(huì)讓我們對(duì)癌癥擁有前所未有的了解。”