研究人員利用地質技術發現癌癥的“指紋”

癌癥是全球第二大死因，占每年有超過1000萬人死亡.

然而，如果及早發現并有效治療，許多癌癥是可以治愈的。問題往往出在癌癥的陰險性上。

一項新的研究表明，可能有一種方法可以在原子水平上識別癌癥的“指紋”，使用一種在地質學中比在醫學中更常用的技術。

這一發現可能為研究癌癥的生長提供新的方法，并可能為早期檢測提供新的選擇。

“這項研究為醫學增加了一個全新的層面，讓我們有機會在原子水平上觀察癌癥，”說主要作者Ashley Maloney是科羅拉多大學博爾德分校的生物地球化學家。

為此，Maloney和她來自美國和瑞士的同事利用了分布的自然變化。氫同位素s – 同一元素的不同版本，其原子具有相同的質子總數但中子數不同。

氘是氫的兩種穩定同位素中較重的一種，與傳統氫的區別在于其額外的中子。它在地球上的含量較低，氫原子的數量比氘多大約 6,000 比 1.

這些同位素的分布是在地球科學中有用，掌握著關于古代巖石或冰蓋等事物的秘密。

但是我們體內也存在不同的氫原子陣列，馬洛尼想看看這些同位素是否能揭示我們體內的奧秘。從她父親作為皮膚科醫生的工作中汲取靈感，她特別想了解氫同位素可能揭示的癌癥。

“他總是從人身上去除皮膚癌細胞，”馬洛尼說說.“我想知道這些細胞的新陳代謝與它們旁邊生長的細胞有何不同。

在實驗室實驗中，研究人員培養了酵母和小鼠肝細胞的培養物，然后分析了它們的氫同位素。他們發現，具有非常高生長速率的細胞（如癌細胞）的氫與氘的比例有很大不同。

Maloney和她的同事指出，這仍然是初步的，關于氫同位素如何以及是否可能暗示人體癌癥，仍然存在許多問題。

但考慮到早期發現可以挽救生命的潛力，這值得進一步研究。說合著者塞巴斯蒂安·科普夫（Sebastian Kopf）是科羅拉多大學博爾德分校的地質科學家。

“如果你及早發現癌癥，你的生存機會會高得多，”科普夫說說.“如果這種同位素信號足夠強，你可以通過血液測試等方式檢測到它，這可能會給你一個重要的提示，表明有些東西不對勁。

酵母和小鼠細胞通常通過細胞呼吸產生能量，吸收氧氣并釋放二氧化碳。但是，當氧氣不能自由獲得時，大多數細胞至少可以暫時轉向發酵，將糖分解為能量。

“在人類中，如果運動員的表現超出了他們的有氧極限，他們的肌肉也會開始發酵，這不使用氧氣，”科普夫說說.“這能給你帶來快速的能量提升。”

許多癌癥還通過發酵來促進它們的生長，這是Warburg效應.知道了這一點，科學家們長期以來一直在尋找監測代謝異常的方法，這些代謝異常可能預示著患者的癌細胞。

在這項新研究中，馬洛尼和她的同事試圖通過分析氫同位素來追蹤這些代謝變化。

細胞從一種叫做煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽（NADPH）。它身兼數職，但NADPH的職責之一是將氫原子分配給某些分子，作為脂肪酸生產的一部分。

根據細胞中其他酶的活性，NADPH可以拼湊出不同比例的氫原子和氘原子。

鑒于癌癥傾向于重新配置細胞的新陳代謝，研究人員希望了解癌癥是否也會首先改變細胞獲得氫的方式，從而影響它們的原子組成。

他們的實驗涉及通常用作研究癌癥模型的酵母菌落，以及健康和癌變小鼠肝細胞的菌落。

研究人員從這些菌落中取樣脂肪酸，然后使用質譜儀揭示每個樣品的氫同位素比例。

“當我們開始這項研究時，我想，'哦，我們有機會看到一些很酷的東西，”馬洛尼說說.“它最終產生了一個巨大的信號，這是我沒想到的。

研究發現，發酵酵母細胞（代表癌細胞）的氘原子比正常酵母細胞少約50%。癌小鼠細胞的氘含量下降相似，但不太明顯。

“不幸的是，癌癥和其他疾病是許多人生活中的一個巨大主題。看到 Ashley 的數據是一個特殊而深刻的時刻。說合著者張新寧，普林斯頓大學環境微生物學家。

“這意味著用于跟蹤行星健康的工具也可能用于跟蹤生命形式的健康和疾病，希望有一天能用于人類。在一個飽受癌癥挑戰的家庭中長大，我希望看到這個領域得到擴展。

該研究發表在《美國國家科學院院刊》.

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