量子物理学有助于打散肿瘤DNA并摧毁癌细胞

"将金属暴露在光线下会带来电子的释放，这种现象称为光电效应。"领导这项研究的iCeMS分子生物学家Fuyuhiko Tamanoi说："爱因斯坦在1905年对这种现象的解释预示着量子物理学的诞生。"我们的研究提供了证据，表明有可能在癌细胞内重现这种效应。"

癌症放射治疗的一个长期问题是，由于缺乏深入组织的血管，治疗手段在氧气水平较低的肿瘤中心并不有效。X射线照射需要氧气，以便在射线击中细胞内的分子时产生破坏DNA的活性氧。

Tamanoi与Kotaro Matsumoto及其同事一直试图通过寻找更直接的方法来破坏癌症DNA来克服这一问题。在早期的工作中，他们表明，当用50.25千电子伏特的同步加速器产生的X射线照射时，加载钆的纳米粒子可以杀死癌细胞。

在目前的研究中，他们设计了多孔的、携带碘的有机硅纳米粒子。碘比钆便宜，并在较低的能量水平上释放电子。

研究人员将他们的纳米颗粒分散在肿瘤球状体中，这是一种包含多个癌细胞的三维组织。用33.2KeV的X射线照射球状体30分钟后，它们在三天内被完全摧毁。通过系统地改变能量水平，他们能够证明，33.2KeV的X射线会产生破坏肿瘤的最佳效果。

进一步的分析表明，纳米粒子被肿瘤细胞吸收，就在其细胞核外定位。将恰到好处的X射线能量照射到组织上，促使碘释放电子，然后导致核DNA的双链断裂，引发细胞死亡。

松本说："我们的研究代表了在癌细胞内采用量子物理现象的一个重要例子。看来，在靠近DNA的地方产生了一团低能量的电子，造成难以修复的双链断裂，最终导致细胞程序性死亡。"

该团队接下来想了解当碘原子暴露在X射线下时，电子是如何被释放出来的。他们还在努力将碘放在DNA上而不是靠近它，以提高疗效，并在癌症的小鼠模型上测试纳米粒子。