当 X 射线照射到含有携带碘的纳米颗粒的肿瘤组织上时，三天内就会引发癌细胞死亡。碘释放电子，破坏肿瘤的 DNA，导致细胞死亡。京都大学综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的科学家以及和美国的同事的研究结果发表在《科学报告》杂志上。
“将金属暴露在光线下会导致电子的释放，这种现象称为光电效应。阿尔伯特·爱因斯坦在 1905 年对这种现象的解释预示着量子物理学的诞生，”领导这项研究的 iCeMS 分子生物学家 Fuyuhiko Tamanoi 说。“我们的研究提供的证据表明，可以在癌细胞内重现这种效应。”
癌症放射治疗的一个长期存在的问题是它在肿瘤中心无效，由于缺乏深入组织的血管，氧含量低。当射线撞击细胞内的分子时，X 射线辐射需要氧气来产生破坏 DNA 的活性氧。
Tamanoi 和 Kotaro Matsumoto 及其同事一直试图通过寻找更直接的方法来破坏癌症 DNA 来克服这个问题。在早期的工作中，他们表明，当用 50.25 千电子伏特的同步加速器产生的 X 射线照射时，载有钆的纳米粒子可以杀死癌细胞。
在目前的研究中，他们设计了多孔的、携带碘的有机二氧化硅纳米粒子。碘比钆便宜，并以较低的能级释放电子。
研究人员将他们的纳米粒子分散在肿瘤球体中，即包含多个癌细胞的 3D 组织。用 33.2 keV 的 X 射线照射球体 30 分钟导致它们在三天内完全破坏。通过系统地改变能量水平，他们能够证明肿瘤破坏的最佳效果发生在 33.2 keV X 射线。
进一步的分析表明，纳米颗粒被肿瘤细胞吸收，定位在它们的细胞核外。将适量的 X 射线能量照射到组织上会促使碘释放电子，然后导致核 DNA 中的双链断裂，从而引发细胞死亡。
“我们的研究代表了在癌细胞内应用量子物理现象的一个重要例子，”松本说。“似乎在 DNA 附近产生了一团低能电子，导致难以修复的双链断裂，最终导致程序性细胞死亡。”
该团队接下来想了解当碘原子暴露于 X 射线时，电子是如何从碘原子中释放出来的。他们还致力于将碘置于 DNA 上而不是靠近 DNA 以提高功效，并在癌症小鼠模型上测试纳米颗粒。
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