鎖定材料: 鎿

主要要點

• 鎿的研究難度極高，且僅能獲得少量樣本。研究人員將鎿與金屬捕捉分子和蛋白質結合，培育出晶體並揭示了該化合物的原子結構。

• 科學家們通常使用非放射性輕元素來預測其放射性重元素的化學性質——但他們驚訝地發現，鎿的行為與根據其較輕的同系物鑭的觀察結果所預期的不同。

• 更好地理解鎿如何與其他元素相互作用，有助於改進一種被稱為靶向α療法很有前景的癌症治療方法。

人們感興趣的一個領域是使用鎿的一種同位素（鎿-225）進行一種稱為靶向α療法 (TAT) 的癌症治療方法，該方法在臨床試驗中顯示出良好的前景。TAT 方法使用生物遞送系統，如肽或抗體，將放射性元素移動到癌細胞部位。當鎿衰變時，它會釋放出能量粒子，這些粒子會移動一段很短的距離，破壞附近的癌細胞，但不會損傷遠處的健康組織。

「人們正在努力設計更好的遞送系統，以便將鎿送達特定細胞並使其保留在那裡。」加州大學伯克利分校核工程和化學副教授、伯克利實驗室重元素化學組負責人 Rebecca Abergel 說。「如果我們可以設計出與鎿具有非常高親和力的蛋白質，並將其與抗體融合或作為靶向蛋白質，那將真正為開發新型放射性藥物提供新的途徑。」

研究人員使用一種新穎的方法來培育晶體，僅使用了 5 微克純鎿——大約相當於一粒鹽的十分之一重量，肉眼不可見。他們首先通過一個複雜的過濾過程純化鎿，去除其他元素和化學雜質。然後，他們將鎿與一種稱為配體的金屬捕捉分子結合，並將該束包裹在弗雷德·哈欽森癌症中心的 Roland Strong 團隊分離和純化的蛋白質內，構建了一個「大分子支架」。這些晶體在重元素研究實驗室中生長了一週，然後在液氮中冷卻，並在伯克利實驗室的高級光源 (ALS) 中用 X 射線照射。X 射線揭示了該化合物的 3D 結構，並顯示了鎿如何與周圍原子相互作用。這是第一個關於鎿的單晶 X 射線結構報告。

「我從事晶體學研究已有 40 年了，見過很多東西，而團隊使用的方法是獨特的，它提供了我們過去無法獲得的細節。」伯克利實驗室分子生物物理和整合生物成像部門的科學家、ALS 伯克利結構生物學中心團隊負責人 Marc Allaire 說。「據我所知，伯克利實驗室是世界上唯一一個進行此類研究並測量放射性蛋白質晶體的地方。」

在這項工作中，科學家們使用了鎿-227，這是該元素壽命最長的同位素。未來的研究將探討鎿-225（靶向α療法中首選的同位素），以尋找金屬結合方式的其他變化。研究人員還感興趣將鎿與不同的蛋白質配對，以了解更多關於它形成的結構的信息。

「這是我們理解重元素化學的核心計劃的一部分，是一項非常基礎的科學。」Abergel 說。「我們已經實現了一種真正技術上非常困難的實驗方法，它突破了同位素化學的界限，讓我們能夠更好地理解這種元素。它有望使我們和其他人能夠開發出更有用的靶向α療法系統。」

高級光源是 DOE 科學辦公室的用戶設施。

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洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）致力於通過清潔能源、健康地球和發現科學的研究來為人類提供解決方案。該實驗室成立於1931年，基於團隊能最佳解決重大問題的信念，伯克利實驗室及其科學家已獲得16項諾貝爾獎。來自全球的研究人員依賴該實驗室的世界一流科學設施進行他們的開創性研究。伯克利實驗室是一個多計畫國家實驗室，由加利福尼亞大學管理，隸屬於美國能源部的科學辦公室。

美國能源部的科學辦公室是美國物理科學基礎研究的最大單一支持者，並致力於應對我們時代的一些最緊迫的挑戰。部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊。