石墨烯控制心脏跳动？无机微粒在医疗领域大显神通

你知道吗？石墨烯和黄金，两种看似与生物保健风马牛不相及的无机物，居然可以帮助我们测试新药物、充当载体精准运送药物，甚至监测癌症，从而提升我们现有的医疗保健水平。

这正是一项近日已发表在ScienceAdvances杂志上的研究成果：科学家们利用光和石墨烯控制了培养皿中人类心脏细胞的跳动。随后，所有待测试的药物都将用这种方法在心脏细胞上进行测试，以确保该情况下止痛药不会使心脏病发作。不过实验终究有别于现实：实验所用的心脏细胞生长在玻璃或塑料盘子上，玻璃和塑料不导电，但人类心脏会导电——这就使实验和现实有可能不同。

在本次实验中，石墨烯将光转化为电，而且还不带毒性。科学家们通过不断实验、迭代优化，借助改变他们照射到材料上的光量来精确控制石墨烯产生的电量。加州大学圣地亚哥分校的物理学家AlexSavtchenko说，当他们在石墨烯上培养心脏细胞时，他们可以实现对这些细胞的操作：可以使它们跳动的频率快1.5倍，快3倍，快10倍，或者他们需要的任何东西。

这意味着科学家们可以用石墨烯模仿类似于各种心脏疾病的心电模式，从此测试新型心脏药物和其他新药物将变得更加容易。在后续研究过程中，Savtchenko希望可以用这种方法制造出一种更好的起搏器。现在的起搏器通常由电极制成，在控制心脏的跳动的同时也可能划出心脏内部疤痕。

“人类的心脏非常有弹性，但它仍然只是一个泵。”Savtchenko认为，我们可以将一块小而持久的石墨烯附着在心肌上，用以取代电极，制成起搏器。（石墨烯将由附近植入的微小光源控制，不会造成疤痕）。除此之外，石墨烯甚至可用于控制大脑中的脑电，并帮助治疗神经退行性疾病（如帕金森综合症）。

研究中用到的另一种医学潜力巨大的材料正是黄金。金纳米粒子化学性质稳定，并且对身体安全。实验中金纳米粒子涂上了一种特定的药物，凭借着本身微小的体积轻松地穿过人体，将药物直接运送到需要药物的地方。

这就是这个实验的核心思想，但是在实验中，当研究人员将金纳米粒子注入心脏细胞时，它立即被血液中的血清蛋白溶解。林肯大学的纳米技术专家EnricoFerrari如是说。血清蛋白可以警示人体的免疫系统，还会像打免疫排斥病毒一样攻击金粒子。根据Ferrari的说法，如果金粒子真的被溶解的话，这种药物会降解并最终进入脾脏，而不是它应该去的地方

所以Ferrari开发了一种制造携带药物金纳米粒子的新方法，他的结果最近期发表在了NatureCommunications杂志上。他的方法是：在纳米粒子外添加了一层防止血清蛋白攻击的蛋白质。把这层蛋白质想象成一个保护器，一面能与金粒子完美结合，一面又能将血清蛋白隔离在外。从理论上讲，使用这种新方法，金纳米颗粒就可以携带任意类型的药物，而Ferrari希望尽早与其他科学家达成合作，将这一研究成果迅速投入生产。

此外，来自昆士兰大学的化学家MattTrau还表示说，金纳米粒子也可用于监测癌症。（Trau是另一项研究的作者，他的研究成果最近也发表在了NatureCommunications杂志上。）癌症肿瘤通常会影响在血液中循环的微小细胞。这些影响后被称为循环肿瘤细胞（CTC）的细胞彼此之间的差异很大，可能会引发更多肿瘤产生，因此监视癌症的重点就是是关注它们。

目前关于如何确定CTC的可能位置，学界已经有了一些线索：这些细胞通常具有许多特定类型的蛋白质，可以通过这些特征来定位它们——但它们仍然很难被捕获。“想象一下，这就和要在整个纽约市中抓捕某10名罪犯一样困难。”Trau说。

为此，Trau和他的团队设计了各种金纳米粒子，以便他们可以跟踪四种不同类型的CTC中的一种。“我们准备好所有的颗粒，将它们混合在一起，然后将颗粒投入血液样本中，”他说。从本质上讲，这些纳米粒子经过培训后，可以寻找并附着到CTC的特定类型蛋白质上。之后，再用荧光照射粒子时，它们就会亮出一个独特的“条形码”。如果纳米粒子发现并附着到蛋白质目标上，则条形码会发生变化，因此研究人员就能知道它找到了哪种CTC，以及找到了多少个。这样，设计不同的粒子，就能找到不同的CTC。

Trau分用治疗前、治疗期间和治疗后从已故黑色素瘤患者身上采集的血液样本测试了这项新技术。纳米颗粒能标记每个样品中不同类型的肿瘤细胞，显示免疫系统如何反应以及是否有副作用。现在，他的团队想要用这种方法在更多的血液样本上进行试验，辨析其他类型的CTC。

“只要我们能做到实时监测CTC细胞的变化，我们就可以针对情况改变患者的剂量，”他说。“这是一种全新的癌症预防疗法。”