新研究或有助于设计更好的癌症治疗方法

锕元素最早是在20世纪初发现的，但即使现在，近125年后，研究人员仍然没有很好地掌握这种金属的化学性质。这是因为锕的含量极少，处理这种放射性物质需要特殊的设备。但为了改进使用锕的新兴癌症治疗方法，研究人员需要更好地了解这种元素如何与其他分子结合。

在由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(BerkeleyLab)领导的一项研究中，研究人员培育了含有锕的晶体，并研究了该化合物的原子结构。虽然元素的行为通常与元素周期表中较轻的同类元素相似，但研究人员惊讶地发现，锕的行为与其对应元素镧的预测不同。

“这些元素的应用非常广泛，从核能到医药到国家安全，但如果我们不知道它们的行为方式，就会阻碍我们取得的进展，”《自然通讯》杂志上发表的论文的第一作者、伯克利实验室的化学家JenWacker说。

“我们认为这项工作对于真正了解这些放射性元素的复杂性是必要的，因为在很多情况下，使用它们的替代物不足以了解它们的化学性质。”

其中一个令人感兴趣的领域是利用锕同位素(锕-225)治疗癌症，这种方法被称为靶向阿尔法疗法(TAT)，在临床试验中已显示出良好的前景。TAT方法使用肽或抗体等生物输送系统将放射性元素转移到癌症部位。

当锕衰变时，它会释放出高能粒子，这些粒子会传播很短的距离，摧毁附近的癌细胞，但不会伤害远处的健康组织。

加州大学伯克利分校核工程与化学副教授、伯克利实验室重元素化学小组负责人丽贝卡·阿伯格尔(RebeccaAbergel)表示：“目前正致力于设计更好的输送系统，将锕元素输送到特定的细胞中并保留在那里。”

“如果我们能够设计出以极高亲和力与锕结合的蛋白质，并将其与抗体融合或作为靶向蛋白，那么这将真正为开发放射性药物开辟新途径。”

研究人员采用一种新方法，仅用5微克纯锕(大约是一粒盐的十分之一，肉眼无法看见)就培育出晶体。他们首先通过复杂的过滤过程纯化锕，去除其他元素和化学杂质。

然后，他们将锕元素与一种名为配体的金属捕获分子结合在一起，并将其包裹在由弗雷德哈钦森癌症中心的罗兰斯特朗团队分离和纯化的蛋白质中，构建出一个“大分子支架”。

这些晶体在重元素研究实验室内生长了一周，随后在液氮中低温冷却，并在伯克利实验室的高级光源(ALS)中用X射线照射。X射线揭示了该化合物的3D结构，并显示了锕如何与周围原子相互作用。这是首次报道的锕单晶X射线结构

“我从事晶体学研究已有40年，见识过很多东西，该团队使用的方法是独特的，提供了我们过去无法获得的细节，”伯克利实验室分子生物物理和综合生物成像部门的科学家、ALS伯克利结构生物学中心团队负责人马克·阿莱尔(MarcAllaire)说。

“据我所知，伯克利实验室是世界上唯一进行此类研究和测量放射性蛋白质晶体的地方。”

在这项研究中，科学家使用了锕-227，这是该元素寿命最长的同位素。未来的研究将探索锕-225(靶向阿尔法疗法的首选同位素)，以寻找金属结合方式的其他变化。研究人员还对将锕与不同的蛋白质配对感兴趣，以进一步了解其形成的结构。

阿伯格尔说：“这是一门非常基础的科学，是我们理解重元素化学反应的核心项目的一部分。”

“我们实现了一项技术难度极高的实验方法，它突破了同位素化学的界限，让我们对这种元素有了更好的了解。希望它能让我们和其他人开发出更好的系统，用于靶向阿尔法疗法。”