科學家利用「鹽」來鹹死癌細胞

在飲食中添加「鹽」來調味,是稀鬆平常不過的事。但沒想到科學家也能利用鹽來對抗腫瘤,最近發表在期刊 Advanced Materials 的研究,科學家將鹽改造為特殊的「奈米粒子」,並使其困在癌細胞中,破壞細胞原本的離子平衡後,就能安全有效的殺死癌細胞。

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文/楊朝傑

●顯然不是一般鹽水就能殺死癌細胞

細胞膜具有半透性,細胞膜內外的離子濃度差異,產生的滲透作用可使水分子移動來達到內外平衡,這對於維持細胞基本的生理作用相當重要。先複習一下國中生物,假設細胞在無鹽的蒸餾水中(低張溶液),水分子會不斷滲透進細胞,使細胞脹大或甚至脹破裂解。反過來看,當細胞在高濃度的鹽水中(高張溶液),水分子會不斷從細胞滲透到鹽水中,這會使得細胞萎縮變小。只有在細胞膜內外的滲透壓相等時(等張溶液),才能維持正常的細胞大小。日常生活中,使用鹽漬來讓食材脫水也是運用相同的原理。

那麼,只要通過改變癌細胞內外的離子濃度不就能輕易地殺死腫瘤了嗎?顯然你會眉頭一皺,認為案情並不單純。這個理論雖然簡單,但卻難以實現,因為細胞本身對於離子濃度有嚴格的調節機制;另一方面,鹽的主要成分氯化鈉有很好的水溶性,一旦遇到體液或血液會立即溶解,而氯化鈉溶液不會主動聚集在腫瘤部位,無法藉此提高癌細胞內部或外部的滲透壓。因此,一般鹽水並不具有殺死癌細胞的能力。接著來看科學家是怎麼解決這些難題呢?

●氯化鈉奈米粒子作為特洛伊木馬來殺死癌細胞

美國喬治亞大學(University of Georgia)的科學家,開發了一種氯化鈉奈米粒子(sodium chloride [NaCl] nanoparticles, SCNPs),假設採用特洛伊木馬的策略,將 SCNPs 送進癌細胞內就能破壞離子平衡,以達到殺死癌細胞的目的。研究首先驗證了 SCNPs 的特性,發現其能避開細胞離子通道的檢查,並藉由胞吞作用(endocytosis)進入細胞,SCNPs 在細胞內溶解並釋放出 Na+ 和 Cl- 離子。這些離子被困在細胞內部導致滲透壓增加,滲透壓劇烈變化將嚴重影響細胞的生理功能。為了避免 SCNPs 在細胞外就過早溶解,研究又在 SCNPs 的外部包覆了磷脂質(phospholipid),包覆後的粒子簡稱為 PSCNPs,其表現出一定的疏水性,能在水溶液中更好地分散,並延長了維持奈米粒子狀態的時間,但不會阻礙其在水中降解。

有趣的是,研究還發現 PSCNPs 對正常細胞的影響較小,推測可能是癌細胞快速增殖的特性,會加快對奈米粒子的攝取;此外,正常細胞內的 Na+ 離子比起癌細胞來得低,這使得正常細胞對 PSCNPs 更具扺抗力。科學家也運用了小鼠模型證明其理論,實驗組將 PSCNPs 注射到腫瘤中,而對照組的腫瘤則是注射等量的氯化鈉溶液,接著比較實驗組與對照組的腫瘤生長情況,結果發現經過 PSCNPs 治療的小鼠,在第 16 天可抑制 66% 的腫瘤生長,更重要的是,沒有跡象顯示 PSCNPs 會對小鼠的任何器官造成損傷。

●氯化鈉奈米粒子為腫瘤治療開創了新天地

研究的實驗也證明,PSCNPs 不僅能有效抑制原位實體腫瘤的生長,當造成癌細胞死亡破裂時,又會放出發炎相關的免疫反應訊號,並誘導癌細胞產生免疫性細胞死亡(immunogenic cell death),也就是會促使免疫系統對抗腫瘤,而可進一步抑制遠端腫瘤的生長。

總結來說,此研究開創了一種新穎的奈米粒子方法,可以改變癌細胞內的滲透壓並殺死它們。該機制也可應用於其他類型的電解質,例如氯化鉀或氯和鈣。然而,由於 PSCNPs 在水溶液中的半衰期相對較短,仍比較適合用於局部腫瘤消融而非全身性治療。PSCNPs 的獨特之處在於,氯化鈉的安全無虞,在治療後奈米顆粒被還原成鹽,可溶於體液與血液系統中,不會引起系統性或累積性毒性。科學家希望未來通過人體臨床試驗後,這項技術能廣泛應用於膀胱癌、前列腺癌、頭頸癌和肝癌等治療之中。

 

參考資料:

  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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