太赫茲輻射是否能夠通過能量波傳播進(jìn)入生物組織？

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，日本理化研究所（RIKEN）高級(jí)光子學(xué)中心的研究人員及其合作者發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)認(rèn)知相左，太赫茲輻射可在不殺死細(xì)胞的情況下破壞活細(xì)胞中的蛋白質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)表明，長(zhǎng)期以來被認(rèn)為不實(shí)用的太赫茲輻射，將有望通過操縱細(xì)胞功能來治療癌癥等應(yīng)用，當(dāng)然，還需要考慮其中存在的安全性問題。

太赫茲輻射是電磁波譜中微波與紅外輻射之間的部分，由于迄今為止還缺乏有效控制操縱太赫茲輻射的技術(shù)，因此通常被稱為“太赫茲間隙”。因?yàn)樘掌澼椛淇杀灰后w阻擋，并且是非電離的，這就意味著它不會(huì)像X射線那樣對(duì)DNA造成損害，因而正逐步被用于機(jī)場(chǎng)行李檢查等領(lǐng)域。太赫茲通常被認(rèn)為用于生物組織是安全的，盡管近期一些研究發(fā)現(xiàn)它可能對(duì)DNA有直接影響，但它幾乎沒有真正滲透進(jìn)入組織的能力，這意味著其影響只會(huì)發(fā)生在組織的表皮細(xì)胞。

然而，目前尚未探索的問題是，太赫茲輻射是否能夠通過能量波傳播進(jìn)入生物組織，甚至在太赫茲輻射已被阻擋后影響生物組織。RIKEN高級(jí)光子學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)最近發(fā)現(xiàn)，光冷能量能以“沖擊波”的形式進(jìn)入水中?？紤]到這一點(diǎn)，該研究團(tuán)隊(duì)決定弄清楚太赫茲光是否也會(huì)對(duì)生物組織產(chǎn)生類似的影響。

研究人員選擇使用一種叫做肌動(dòng)蛋白的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，肌動(dòng)蛋白是為活細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵元素。該蛋白質(zhì)以（G）-肌動(dòng)蛋白和（F）-肌動(dòng)蛋白兩種構(gòu)象存在，這兩種構(gòu)象具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，而（F）-肌動(dòng)蛋白是由蛋白質(zhì)聚合物鏈組成的纖維。（（G）-肌動(dòng)蛋白是一條多肽鏈構(gòu)成的啞鈴型分子，即為肌動(dòng)蛋白單體，又稱球狀肌動(dòng)蛋白；（F）-肌動(dòng)蛋白是肌動(dòng)蛋白多聚體形成的肌動(dòng)蛋白絲，即為肌動(dòng)蛋白多聚體，又稱纖維狀肌動(dòng)蛋白。）利用熒光顯微鏡，研究人員觀察了太赫茲輻射對(duì)肌動(dòng)蛋白水溶液中鏈生長(zhǎng)的影響，并發(fā)現(xiàn)太赫茲輻射會(huì)導(dǎo)致蛋白纖維的減少。換句話說，太赫茲光以某種方式阻止了（G）-肌動(dòng)蛋白形成鏈并轉(zhuǎn)化為（F）-肌動(dòng)蛋白。研究人員也考慮到可能是溫度上升造成了這種變化，但研究顯示1.4攝氏度左右的小幅溫度上升并不足以造成這種變化，由此得出結(jié)論，這種變化很可能是由沖擊波引起的。

左圖為未經(jīng)處理溶液中的蛋白纖維，右圖為經(jīng)過太赫茲輻射處理的溶液中的蛋白纖維。（圖片來源：RIKEN）

為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一假設(shè)，研究人員在活細(xì)胞中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太赫茲輻射作用于細(xì)胞中就像作用于溶液中一樣，肌動(dòng)蛋白纖維的形成會(huì)被破壞。然而，并沒有跡象表明太赫茲輻射可導(dǎo)致細(xì)胞死亡。太赫茲輻射對(duì)肌動(dòng)蛋白纖維的破壞顯示了太赫茲光控制細(xì)胞功能的潛力，因此，太赫茲誘發(fā)的沖擊波有望提供精準(zhǔn)、無化學(xué)物質(zhì)的癌癥治療方法。

該研究于2020年6月2日發(fā)表在Scientific Reports上，論文鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41598-020-65955-5。論文的第一作者Shota Yamazaki表示：“太赫茲輻射可在不殺死細(xì)胞本身的情況下對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響，這對(duì)我們來說是非常有意義的。我們將有希望尋找太赫茲輻射在癌癥及其他疾病方面的潛在應(yīng)用?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Chiko Otani認(rèn)為：“太赫茲輻射如今已有各種各樣的應(yīng)用，充分了解它對(duì)生物組織的影響是非常重要的，我們既要評(píng)估使用太赫茲輻射的風(fēng)險(xiǎn)，也要積極尋找潛在的應(yīng)用。”
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