米糠成为抗癌新药；人工钻石实现常压下快速合成 | 一周趣科学Vol.17

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牧心2024年05月04日约 10 分钟

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本期导读

1.米糠中提取便宜有效的抗癌新药；

2.检测照亮整个星系的伽玛射线暴；

3.常压下实现钻石的快速人工制造；

4.诱导多能干细胞用于心脏病治疗；

5.高致病性禽流感甚至让海豚中招；

米糠中提取便宜有效的抗癌药物

传统的癌症疗法，例如放射疗法或化学疗法，在杀死癌细胞的同时也会破坏健康细胞。在癌症晚期，治疗造成的组织损失可能很大，甚至致命。

近日，日本东京理科大学的 Makiya Nishikawa 教授领导的研究小组在《纳米生物技术杂志》上撰文，介绍了他们团队发现的新药物，而这一药物就来自于米糠当中。

米糠是把稻谷脱壳后的糙米碾成精米过程中的副产物（包括果皮，种皮，外胚乳，糊粉层等结构），人们一般认为它用途有限（主要用于生产饲料和米糠油），商业价值低。

图1 米糠是大米加工时的副产品（图片来源：veer图库）

然而，科学家发现米糠中含有γ-谷维素和γ-生育三烯酚等物质，可能具有潜在的抗癌能力。 为了探索米糠的这些治疗特性，科学家开发了米糠纳米颗粒，该纳米颗粒是通过加工和纯化米糠在水中的悬浮液而获得的。
当用这些颗粒处理名为 colon26 的癌细胞系时，细胞分裂被抑制，并诱导程序性细胞死亡，表明纳米颗粒具有强大的抗癌作用。
为了进一步确认米糠的抗癌效果，研究人员进行了体内实验。将米糠颗粒注射到腹膜腔中患有侵袭性腺癌的小鼠体内。 他们观察到肿瘤生长受到显 著 抑制，并且对小鼠没有不利影响。 此外，米糠颗粒还能降低癌症细胞蛋白质的表达，例如 β-连环蛋白（一种与参与细胞增殖的的蛋白质）和细胞周期蛋白 D1，已知这些蛋白质会促进癌症复发和转移，而不影响非癌细胞。
与现有疗法相比较，米糠颗粒比上市药物多柔比星的抗癌活性要高一些，但比其它的常见疗法的活性还有一定差距。米 糠颗粒的毒性非常特异化，对正常细胞影响不大，主要杀灭癌细胞，其理化性质也非常稳定。 这预示着米糠可能为人类提供极为便宜而副作用较小的抗癌药物。
然而， 这种新疗法还没有进行人体临床试验 。在此之前，科学家还必须研究一些参数，例如药物水平分离技术的建立、生产过程控制参数的评估以及人类癌细胞系和异种移植动物模型的功效和安全性评估。
课代表总结：原理是这么个原理，但是并不表示“吃糠咽菜”就能抗癌啊！去年，国家卫健委专门说将积极支持开展米糠营养价值研究和有关标准修订。原来是一盘大棋！
参考文献 Sasaki, D., Suzuki, H., Kusamori, K. et al. Development of rice bran-derived nanoparticles with excellent anti-cancer activity and their application for peritoneal dissemination. J Nanobiotechnol 22, 114 (2024).https://doi.org/10.1186/s12951-024-02381-z

巨星磁星爆发照亮整个银河系

2023 年 11 月 15 日，欧空局的卫星 INTEGRAL 发现了一次罕见的强爆炸。仅仅十分之一秒的时间，天空中就出现了短暂的高能伽马射线爆发。

整体爆发警报系统软件自动将这次爆发定位在距离地球 1200 万光年的 M82 星系。

一般来说，有能力引起如此强烈伽马射线爆发的，很有可能是双中子星系统的碰撞引起的。如果是这样的话，那么我们会在相同的天空位置上接收到引力波以及爆炸之后的X射线余辉。

于是，几个小时后，欧空局的 XMM-牛顿 X 射线太空望远镜就开始寻找爆炸的余辉，但一无所获。

这说明，这场伽马射线爆并非来自于双星系统的碰撞，那么就只剩下了一种可能：这是一颗磁星，其磁场正在快速衰变为电磁辐射能量。
磁星是一颗年轻的中子星，具有异常强大的磁场。

当质量超过太阳八倍的恒星死亡时，它们会在超新星中爆炸，留下黑洞或中子星。中子星是非常致密的恒星遗迹，是把太阳的质量压缩到一个北京市的大小所形成的。

一些年轻的中子星具有超强的磁场，是典型中子星的一万倍以上。这些被称为磁星。它们以耀斑的形式释放出能量，有时这些耀斑会非常巨大。

在过去 50 年的伽马射线观测中，只有三次爆发被确定为来自我们银河系的磁星。这些爆发非常强烈，例如2004 年 12 月检测到的一次爆发，星体距离我们 30,000 光年，但其威力仍然足以影响地球大气层的上层，就像来自距离我们更近的太阳耀斑一样。

INTEGRAL 探测到的耀斑是对银河系外磁星耀斑的首次明确确认。M82 是一个明亮的星系，正在孕育着大量的超大恒星。

恒星越大，寿命越短。因此M82里的许多恒星度过短暂的动荡生命之后，在这里留下一颗中子星。

科学家将继续在其他银河系外恒星形成区域寻找更多磁星，以了解这些非凡的天体。如果天文学家能够找到更多，他们就可以了解这些耀斑发生的频率，以及中子星如何在此过程中失去能量。

图2 伽马射线爆的能量足以照亮整个星系（图片来源：Sci.news）

课代表总结： 据说这东西可以用来发电！
参考文献 Mereghetti, S., Rigoselli, M., Salvaterra, R. et al. A magnetar giant flare in the nearby starburst galaxy M82. Nature, 2024 DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4

常压下合成钻石的新方法
在自然界中，钻石的形成需要碳原子在地球的深处被高压高温环境挤压数十亿年才能形成。
目前的人工合成钻石的方法，仅需数个星期就能够制造出钻石，但是仍然需要几万个大气压的压强，同时需要1400度的高温，如此高的温度和压强需要消耗很多能量，生产过程不够绿色环保。
另外一种方法是采用气相沉积法，让碳蒸汽沉积为钻石，但这种生产方法需要更长时间，也不够高效。
近日，韩国基础科学研究所在《自然》杂志上发表研究论文，报告了他们的科学家开发的新型钻石合成技术，只需要在常压下进行，温度也降低至1000度。
团队使用自行研发的冷壁真空系统来进行钻石生产。
首先以镓、镍、铁、硅制备金属合金并熔化为液体，然后用压强为1大气压的甲烷/氢气混合物通入金属液体，让碳原子溶解在金属溶液中。
实验人员发现， 只需要在上述的液体金属中加入一点点的硅原子，那么液体金属中的碳原子就会更容易地结合在一起，并在金属表面生长，形成钻石。 实验开始后仅仅 15 分钟，钻石颗粒就从液态金属内开始生成。150分钟后，液态金属的表面就长出一层完整的钻石薄膜。
实验室的人造钻石市场经历了快速增长，从 2015 年占全球钻石销售额的不到 1% 增加到去年底的约 20%。
人造钻石和天然钻石虽然在显微镜下有很大不同，但是这种区别是肉眼不可见的。 因此，国际珠宝商业开始逐渐接纳和销售人造钻石。
但是， 合成钻石在科学和高新技术企业中的应用要重要得多 ，人工钻石合成的技术突破必然会为这些新型行业带来质的变化。
目前，这项新技术所生产的钻石直径仍然只有约 100 纳米，大致相当于典型病毒的大小。不过，研究者对这项技术的未来持乐观态度，并预测这可能会彻底改变已经不断扩张的实验室培育钻石行业。

图3 实验室中培育的钻石（图片来源：earth.com）
课代表总结： 钻石很贵吗？我每月都买钻！尊贵的绿钻贵族！
参考文献 Gong, Y., Luo, D., Choe, M. et al. Growth of diamond in liquid metal at 1 atm pressure. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07339-7

用干细胞为受损的心脏“打补丁”

心血管疾病仍然是全世界死亡的首要原因之一，在发达国家尤其普遍。心肌梗塞（俗称“心脏病发作”）呈上升趋势，每年导致大量死亡。

心脏病发作通常会杀死数百万心肌细胞，使心脏处于虚弱状态。由于人类无法自行再生心肌细胞，因此心肌梗塞的治疗颇为棘手。

在最近的一项研究中，来自日本信州大学和庆应义塾大学医学院的研究小组测试了一种再生心脏治疗的新策略， 把来自 HiPSC 的“心脏球体”注射到患有心肌梗塞的猴子体内 。
HiPSC是“人类诱导多能干细胞”的简称， 简而言之，就是把人体的成熟细胞取出，用化学物质对其进行“重编程”，使其变为心肌细胞。

在培养基中，这些心肌细胞会长成一个小球状的簇，被称为“心脏球”。将这些心脏球移植或注射到心脏受损区域，可以恢复心脏功能。换句话说，就是拿人体细胞为心脏做一个“补丁”，然后补在受损的心脏上。

研究人员在培养基中培养 HiPSC，使其分化为心肌细胞。从培养物中仔细提取和纯化心脏球后，他们将大约 6 × 10 ⁷ 个细胞注射到食蟹猕猴（Macaca fasciculis）受损的心脏中。

他们对动物的状况进行了十二周的监测，定期测量心脏功能。随后，他们在组织水平上分析了猴子的心脏，以评估心脏球体是否可以再生受损的心肌。

在观察期间，研究人员指出，治疗组中只有两人在前两周出现短暂性心动过速（快速脉搏），比之前的同类型实验有很大提升。

通过超声心动图和CT，研究小组证实， 与对照组相比，接受治疗的猴子的心脏在四周后具有更好的左心室射血，表明其泵血能力更佳。
组织学分析最终表明，心脏移植物已经成熟，并且与预先存在的组织正确连接，这进一步确证了之前的观察结果。

尽管实验是在猴子中进行的，但值得注意的是，本研究中使用的心脏球体生产方案是为人类临床应用而设计的。这一研究为心脏病患者的有效的治疗途径铺平了道路。

图4 干细胞具有分化为多种细胞和器官的能力（图片来源：科普中国）

课代表总结： 下次可以试试为脑子打个补丁，急需！ 参考文献 Hideki et al. Regeneration of Nonhuman Primate Hearts With Human Induced Pluripotent Stem Cell–Derived Cardiac Spheroids. Circulation, 2024; DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.123.064876

海豚也会感染禽流感

高致病性禽流感的多次暴发流行，让人们在注意到人畜共患疾病的同时，也产生了一个疑问：这些病毒为什么能够感染这么多物种？

为此，许多科学家在全球范围内跟踪调查禽流感病毒，随着研究的深入，人们发现， 许多物种都能够感染禽流感病毒 。

日前，美国佛罗里达大学海洋动物救援小组遇到了一只遇险的海豚，经过尝试之后，救援失败，于是研究人员将海豚遗体带到实验室进行了解剖。

结果发现，这一只宽吻海豚感染了高致病性禽流感病毒，在尸检中获得的大脑组织样本中检出了该病毒。

美国爱荷华州艾姆斯国家兽医服务实验室对病毒亚型和致病型进行了检测，最终确定该病毒为HA进化枝2.3.4.4b，也就是大名鼎鼎的H5N1禽流感病毒。

最初的研究没有预料到会遇到这么凶险的病毒，而在发现禽流感病毒后，随后的组织分析转到生物安全 3 级增强实验室进行。

该研究的第一作者Allison Murawski编写了一份关于海豚的病例报告。而文章的通讯作者是世界卫生组织动物和鸟类流感生态研究合作中心的负责人Richard Webby。

Webby的实验室曾经调查了许多物种的禽流感病例，致力于确定病毒的起源、特殊的RNA特征或者突变以及如何获得感染哺乳动物的能力。

研究人员对当地鸟类中的病毒基因组进行了测序，并研究了当地的海豹种群中分离出的病毒，并把这些病毒与海豚体内的病毒进行了对比，却发现它们之间缺乏相似性。

因此，我们仍然不知道海豚从哪里感染到的禽流感病毒，还需要进行更多研究才能确定其来源。

截止目前的报道来看，禽流感已经能感染包括人类、猪、马、鲸鱼、狐狸等在内的数十种哺乳动物，而且有些种类引发的病情相当凶险，需要全球合作应对，才能防止其成为新的全球公共安全事件。

图5 佛罗里达海岸的宽吻海豚（图片来源：Pixabay）
课代表总结： 能感染“豚”，所以就能感染“海豚”？…… 参考文献 Allison Murawski et al, Highly pathogenic avian influenza A(H5N1) virus in a common bottlenose dolphin (Tursiops truncatus) in Florida, Communications Biology (2024). DOI: 10.1038/s42003-024-06173-x

作者：牧心