超声波触发细胞进入肿瘤，然后自毁，从肿瘤内部传递损伤或治疗。
莎拉Vitak:这是新利18luck体育60秒科学节目。我是莎拉·维塔克。
如今，我们与之交互的许多对象都是通过编程运行的，并且都是为特定的目的而设计的。我们通常不认为生物属于这一类，但越来越多的科学家正在编程和设计活细胞，甚至整个生物体。
这一研究领域被称为合成生物学，这一领域有一整部分都是关于如何设计可指挥和控制的细胞大军:训练细胞搜寻病变组织;配备环境侦察的单元;专门攻击其他细胞的细胞杀手。
听起来很酷，对吧?但在现实中，没有什么是有针对性和精确的。
米哈伊尔·夏皮罗:这是有限的，因为那些细胞，到目前为止，还没有真正的空间意识，它们不知道，在空间上，它们在身体的什么地方:它们在肿瘤里吗?它们在肝脏里吗?它们在胰腺里吗?它们在大脑里吗?所以，你知道，他们可能会试图根据分子线索来弄清楚。但是他们没有这种GPS来告诉他们他们在正确的地方执行他们的行动。
Vitak:这是Dr。米哈伊尔•夏皮罗他是加州理工学院的化学工程教授。他的实验室最近利用气泡的力量正面解决了这个问题。[Avinoam Bar-Zion等人，使用基因编码气囊的声学触发机械疗法］
他们的实验室已经进行了大量的细胞编程工作，以创造被称为气泡的微小结构。它们基本上只是被坚硬的蛋白质外壳包围的小气泡，然后漂浮在细胞内。你可以把它们想象成纳米级的乒乓球。
夏皮罗:它们有一个迷人的起源。它们基本上是作为生活在水中的光合作用微生物的漂浮装置进化而来的，它们需要漂浮到水面上，以获得足够的阳光。
Vitak:夏皮罗博士和他的团队此前曾将制造气泡的基因植入哺乳动物细胞或其他细菌中。当时，他们这样做是因为他们想把它作为成像的工具。
他们的灵感来自水母，更确切地说，是一种叫做绿色荧光蛋白即GFP。这种蛋白质的好处是:它可以被基因编码，附着在自然产生的蛋白质上，使科学家能够观察它们，并跟踪它们在活细胞或动物中的去向。
使用绿色荧光蛋白作为成像工具完全改变了显微镜的游戏，以至于它的发现和发展被授予了2008年诺贝尔奖．
夏皮罗:所以我们有点着迷于寻找类似荧光蛋白的东西，但它不是荧光蛋白，意思是与光相互作用，而是与声波相互作用，让我们可以用超声波成像。声波会被与周围环境密度或硬度不同的材料散射或反射。你知道，空气在密度和可压缩性上与组织和水等非常不同。
Vitak:但最近他们有了一个想法，也许他们可以将这些囊泡用于其他目的——即通过使用超声波有意地戳破气泡。
夏皮罗:如果我们把超声波的音量调大一点，那么我们就会用力击打乒乓球，使它破裂打开。
Vitak:当它这样做的时候，空气被释放出来，所以你在细胞里有一个小气泡。单独的话，它什么也做不了。但随着超声波的继续，气泡会膨胀和收缩。
夏皮罗:随着时间的推移，几个这样的气泡会聚集在一起，形成一个更大的气泡，直到它足够大，超声波使它发生强烈的机械内爆。
Vitak:他们首先让这个只作用于囊泡。他们从细胞中取出一堆囊泡(这是一个简单的过程，因为它们会浮到顶部)，并用超声波撞击它们。然后他们用超声波麦克风收听，果不其然，他们能听到气泡的破裂。
夏皮罗:这是超声波，所以人类听不到。但它的频谱看起来像宽带噪声。所以当你打开电视的时候，它显示的是这样的…
[片段:白噪声]
Shaprio:我想如果它在可听到的范围内你应该会听到。
Vitak:他们也想看。
夏皮罗:所以我们从航空部门借来了一台每秒500万帧的相机，并把它连接到显微镜上……
Vitak:．.．听起来有点过分，但其实不是。果不其然，他们可以看到小泡破裂并形成气泡，然后气泡就会破裂。而这一切都将在几微秒内发生。
接下来，他们想尝试将其应用，所以他们制作了表面含有蛋白质的囊泡，可以与癌细胞结合。然后他们将它们与癌细胞混合在一个培养皿中，并用超声波对其进行撞击。
它工作。
夏皮罗:把它想象成你在击打癌细胞。所以这些气泡在膨胀和收缩，它们在局部冲击和发送冲击波。这是非常酷的，因为，你知道，我们把我们无辜的小显像剂变成了一个小炸弹，我们把它放在癌细胞上，然后把它炸掉。但我们认为，如果我们能让细胞成为炸弹，让这些细胞进入人体，渗透到肿瘤内部，那就更酷了。
Vitak:所以他们再次尝试了同样的实验，但这一次他们使用的细菌不仅被改造成囊泡，还被改造成瞄准肿瘤的细菌。
在培养皿中，它起作用了。
他们的下一步是在动物体内进行试验。这是超声方面真正有价值的地方，因为超声可以用于身体的一个非常特定的位置。它基本上弥补了我前面提到的蜂窝GPS的不足。
所以他们将这些细菌注射到患有肿瘤的老鼠的血液中。他们看到…
夏皮罗:．.．细菌细胞游走在身体各处。但在身体的大部分部位，它们会被免疫系统清除——肿瘤的核心部位除外，因为肿瘤是免疫抑制环境。
Vitak:所以基本上是利用癌症的一个关键特征和对抗它的适应性。
夏皮罗:这很酷，因为这些囊泡既可以作为显像剂，现在也可以作为治疗剂。通过超声成像，我们可以看到，细胞在肿瘤中，并可以确认我们的小治疗剂到达了那里并在肿瘤中心建立了一个小的菌落。
Vitak:然后他们将超声对准肿瘤。他们结合了一种新的癌症药物，这种药物可以让免疫细胞找到并杀死癌细胞，这种药物被称为免疫检查点抑制剂。平均而言，接受细菌和超声波治疗的小鼠的寿命是只接受新型抗癌药物的小鼠的两倍。
这可能只是一个开始，我们可以利用这些小的靶向导弹细菌。它们可能也有望用于其他疾病的治疗。特别是因为你可以让细菌像药物一样携带有效载荷，然后把它们打开，在特定的位置释放它。
夏皮罗:这是大自然母亲给我们珍贵礼物的一个很好的例子。这实际上是在100多年前就被发现的:第一篇注意到细菌中有这些充满空气的口袋的论文发表在1895年。
所以我认为这是一个很好的故事，从几十亿年的进化到100年的基础生物学家，你知道，到处寻找它们，现在这些蛋白质找到了全新的生命。
Vitak:谢谢收听。为新利18luck体育这里是60秒科学节目，我是莎拉·维塔克。
［以上文字是本播客的文字记录)
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