盐 不只是调味品,还是特洛伊木马可以杀死 癌细胞

在饮食中添加 盐 来调味,是稀松平常不过的事。但没想到科学家也能利用盐来对抗肿瘤,最近发表在期刊 Advanced Materials 的研究,科学家将盐改造为特殊的「奈米粒子」,并使其困在癌细胞中,破坏细胞原本的离子平衡后,就能安全有效的杀死癌细胞。

沃尔维斯湾的海盐
沃尔维斯湾的海. From Wikipedia

显然不是一般 盐 水就能杀死 癌细胞

细胞膜具有半透性,细胞膜内外的离子浓度差异,产生的渗透作用可使水分子移动来达到内外平衡,这对于维持细胞基本的生理作用相当重要。先复习一下国中生物,假设细胞在无盐的蒸馏水中(低张溶液),水分子会不断渗透进细胞,使细胞胀大或什至胀破裂解。反过来看,当细胞在高浓度的盐水中(高张溶液),水分子会不断从细胞渗透到盐水中,这会使得细胞萎缩变小。只有在细胞膜内外的渗透压相等时(等张溶液),才能维持正常的细胞大小。日常生活中,使用盐渍来让食材脱水也是运用相同的原理。

那么,只要通过改变癌细胞内外的离子浓度不就能轻易地杀死肿瘤了吗?显然你会眉头一皱,认为案情并不单纯。这个理论虽然简单,但却难以实现,因为细胞本身对于离子浓度有严格的调节机制;另一方面,盐的主要成分氯化钠有很好的水溶性,一旦遇到体液或血液会立即溶解,而氯化钠溶液不会主动聚集在肿瘤部位,无法借此提高癌细胞内部或外部的渗透压。因此,一般盐水并不具有杀死癌细胞的能力。接着来看科学家是怎么解决这些难题呢?

氯化钠奈米粒子作为特洛伊木马来杀死癌细胞

美国乔治亚大学(University of Georgia)的科学家,开发了一种氯化钠奈米粒子(sodium chloride [NaCl] nanoparticles, SCNPs),假设采用特洛伊木马的策略,将SCNPs 送进癌细胞内就能破坏离子平衡,以达到杀死癌细胞的目的。研究首先验证了SCNPs 的特性,发现其能避开细胞离子通道的检查,并藉由胞吞作用(endocytosis)进入细胞,SCNPs 在细胞内溶解并释放出Na+ 和Cl- 离子。这些离子被困在细胞内部导致渗透压增加,渗透压剧烈变化将严重影响细胞的生理功能。为了避免SCNPs 在细胞外就过早溶解,研究又在SCNPs 的外部包覆了磷脂质(phospholipid),包覆后的粒子简称为PSCNPs,其表现出一定的疏水性,能在水溶液中更好地分散,并延长了维持奈米粒子状态的时间,但不会阻碍其在水中降解。

有趣的是,研究还发现PSCNPs 对正常细胞的影响较小,推测可能是癌细胞快速增殖的特性,会加快对奈米粒子的摄取;此外,正常细胞内的Na+ 离子比起癌细胞来得低,这使得正常细胞对PSCNPs 更具扺抗力。科学家也运用了小鼠模型证明其理论,实验组将PSCNPs 注射到肿瘤中,而对照组的肿瘤则是注射等量的氯化钠溶液,接着比较实验组与对照组的肿瘤生长情况,结果发现经过PSCNPs 治疗的小鼠,在第16 天可抑制66% 的肿瘤生长,更重要的是,没有迹象显示PSCNPs 会对小鼠的任何器官造成损伤。

氯化钠奈米粒子为肿瘤治疗开创了新天地

研究的实验也证明,PSCNPs 不仅能有效抑制原位实体肿瘤的生长,当造成癌细胞死亡破裂时,又会放出发炎相关的免疫反应讯号,并诱导癌细胞产生免疫性细胞死亡(immunogenic cell death) ,也就是会促使免疫系统对抗肿瘤,而可进一步抑制远端肿瘤的生长。

总结来说,此研究开创了一种新颖的奈米粒子方法,可以改变癌细胞内的渗透压并杀死它们。该机制也可应用于其他类型的电解质,例如氯化钾或氯和钙。然而,由于PSCNPs 在水溶液中的半衰期相对较短,仍比较适合用于局部肿瘤消融而非全身性治疗。PSCNPs 的独特之处在于,氯化钠的安全无虞,在治疗后奈米颗粒被还原成盐,可溶于体液与血液系统中,不会引起系统性或累积性毒性。科学家希望未来通过人体临床试验后,这项技术能广泛应用于膀胱癌、前列腺癌、头颈癌和肝癌等治疗之中。

参考:
1. Jiang W, et al. Adv Mater. 2019 Nov;31(46):e1904058. NaCl Nanoparticles as a Cancer Therapeutic.
2. Tim Newman. 2020 Jan 16. Medical News Today. Using salt to fight cancer.

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