控制電位差,控制腫瘤?

作者 | 發布日期 2013 年 07 月 03 日 9:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技
tumor cell Absidia corymbifera in a transplantable tumor of the mouse Emmons

癌症令人聞之色變,直覺認為它是壞東西。但從物理學家的角度看,它不見得壞,它很可能只是細胞一時誤入岐途,或許還有逆轉的機會,而這一切的關鍵可能都落在腫瘤細胞的電位差上頭。



七月號的英國「物理世界」(Physics World)雜誌推出「癌症的物理面」(Physics of Cancer)專題報導,介紹了四組研究團隊以物理學的角度研究癌症發生的原因。癌症是安全模式的結果?介紹了由Paul Davies領導的團隊,推論癌症是十數億年前多細胞生物剛產生的年代,就已經存在的一種生理機制下的產物,它的厭氧、高糖、低ph值特性正與那個年代的生物代謝特徵相同。不過今天這一篇又從另一個角度來看癌症的成因,說明了在早期階段對腫瘤細胞施以高電極化可有效抑制其成長。

40年前後的理論與實驗

電位差與癌症的關連,其實遠自1930年代晚期就已開始研究,那時美國一位解剖學家Harold Saxton發現腫瘤組織與一般組織展現了不同的電屬性。之後到1970年代,NASA的生物物理學家Clarence Cone,發現腫瘤細胞電極化的程度比一般細胞低,他認為施以不同程度極化,就像調節器一樣可以控制細胞增殖的程度。

美國麻州塔夫茨大學(Tufts University in Medford, Massachusetts)教授Michael Levin與博士生Brook Chernet在40年後證實了Cone的理論。他們將帶有能將正常細胞轉變為腫瘤細胞訊息的「信使RNA」(mRNA)(註1)注入到蝌蚪體內,接著把蝌蚪浸入螢光染料中,這種染料會因為接觸到高電位差而變亮,因此亮度的差異可以知道電位差的高低。

Levin與Chernet到目前為止還不知道哪些蝌蚪會長出腫瘤。接著他們把螢光色較為黯淡、也就是低電極化的蝌蚪分離出來觀察,幾天之後,他們發現這些蝌蚪都長出了腫瘤。他們確認低電極化與腫瘤成長有直接關係。

▲紅點為腫瘤細胞部位,比起其他正常細胞,腫瘤細胞電位差較低。(Photo Credit: Brook Chernet; Tufts University School of Arts and Sciences)

高電極化抑制腫瘤生成

細胞的電極化代表許多陽離子與陰離子在細胞膜內外穿梭移動,而電極化也控制細胞內負責運送物質的「運輸蛋白」的運作:低電極化將使運輸蛋白吸收丁酸。丁酸是一種脂肪酸,透過幾種酶的協助可以有效控制基因增殖細胞的指令,也就是說,當丁酸不足時,細胞就會肆無忌憚地生長。

他們進一步設計實驗以找出高電極化對癌細胞的影響。他們將這些蝌蚪分成兩組,其中一組注入帶有離子通道蛋白質的mRNA,可讓蝌蚪的細胞裡有更多陰離子,以提高電極化。實驗結果,這些蝌蚪跟對照組比起來腫瘤的數量明顯較少,這說明了至少在蝌蚪的世界裡,高電極化有助於抑制腫瘤成長,接下來他們將在哺乳類動物身上進行下一階段的實驗。

換個角度思考癌症

這項實驗將產生一個疑問是,腫瘤第一次產生的地方,是經由什麼條件決定的?Levin表示細胞裡的電位差並不直接受到外部電磁輻射的影響,因此他的研究到目前為止既不支持也不否認「打手機有可能會引發腫瘤」之類的議題,但他強調細胞間的電子活動被干擾,確實會促成腫瘤增生,他認為細胞之間有一種「間隙連接」(Gap Junction)(註2),有可能是因為它受到干擾繼而影響電子活動,最終讓腫瘤如脫韁野馬。

不過Levin覺得實驗最重要的意義在於讓科學家能換個角度思考,腫瘤或許並不是不可逆的疾病,甚至它可能並不是所謂的「壞基因」造成或「化學毒素」影響的結果。它也開啟了另一種可能:「控制電位差也許就可以控制腫瘤」。是否真能如此,就等物理學家的動物實驗結果了。

(Cover Photo Credit:  Emmons)

註釋
1.信使RNA(messenger RNA, mRNA)由DNA轉錄而來,帶有DNA上的遺傳訊息,從細胞核送入細胞質,做為生成各種蛋白質的遺傳訊息來源。(回到本文

2.「間隙連接」(Gap Junction)是兩個細胞間的通道,讓體積較小的分子或離子可以自由在細胞質間移動。(回到本文

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