柏克萊實驗室的一項研究揭示了對錒元素的新認識，錒元素是對新興癌症治療至關重要的元素。透過研究錒系元素的晶體結構，研究人員注意到了錒系元素的一些獨特性質，這些性質可能會提高α標靶療法的效果，而α標靶療法是一種很有前景的癌症治療方法。

研究人員透過顯微鏡觀察純錒化合物的晶體生長，以了解錒如何與固體中的其他分子結合。圖片來源：Jen Wacker/柏克萊實驗室

雖然錒元素是在20 世紀初首次被發現的，但研究人員對這種金屬的化學性質仍然沒有很好的掌握。這是因為錒元素的用量極少，而且使用這種放射性物質需要特殊的設備。不過，要利用錒改進新出現的癌症治療方法，研究人員需要更了解這種元素如何與其他分子結合。

Jen Wacker 在伯克利實驗室處理錒系元素樣品。圖片來源：Marilyn Sargent/柏克萊實驗室

在能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）領導的一項新研究中，研究人員培育出了含有錒的晶體，並研究了這種化合物的原子結構。雖然元素的行為通常與元素週期表中較輕的同族元素相似，但研究人員驚訝地發現，錒的行為與同族元素鑭的行為不同。

最近發表在《自然-通訊》上的這篇論文的第一作者、伯克利實驗室的化學家詹-瓦克（Jen Wacker）說：”這些元素的應用範圍很廣，從核能、醫學到國家安全，但如果我們不知道它們的行為方式，就會阻礙我們取得進展。不足以了解它們的化學性質。

約書亞-伍茲（Joshua Woods）和阿皮-彼得森（Appie Peterson）在測量一小塊錒樣品。資料來源：瑪麗蓮-薩金特/伯克利實驗室

人們感興趣的一個領域是將錒的同位素（錒-225）用於一種稱為標靶α療法（TAT）的癌症治療方法，該療法在臨床試驗中已顯示出良好的前景。 α標靶療法使用生物傳輸系統，如勝肽或抗體，將放射性元素轉移到癌症部位。當錒元素衰變時，會釋放出短距離傳播的高能量粒子，摧毀附近的癌細胞，但不會傷害遠處的健康組織。

加州大學柏克萊分校核子工程和化學副教授、柏克萊實驗室重元素化學小組負責人麗貝卡-阿伯格爾（Rebecca Abergel）說：”人們正在設計更好的輸送系統，將錒元素輸送到特定細胞並保持在那裡。

這張效果圖顯示了錒（洋紅色）與其他分子結合的結構。紅色三角形指出了這種排列方式與錒的淺色對應物鑭（灰色）的差異。結合分子（配體）的棍棒結構被蛋白質中的口袋包圍。圖片來源：Jen Wacker/柏克萊實驗室

研究人員採用一種新穎的方法，僅用5 微克純錒系元素（約為一粒鹽重量的十分之一，肉眼無法看到）就培育出了晶體。他們首先透過複雜的過濾過程純化錒系元素，去除其他元素和化學雜質。然後，他們將錒系元素與一種被稱為配體的金屬捕獲分子結合，並將錒系元素束包裹在由弗雷德-哈欽森癌症中心的羅蘭-斯特朗團隊分離和純化的蛋白質內部，從而建構了一個”大分子支架”。

這些晶體在重元素研究實驗室內生長了一周，然後在液態氮中低溫冷卻，並在伯克利實驗室的先進光源（ALS）中用X射線照射。 X 射線揭示了化合物的三維結構，並顯示了錒與周圍原子的相互作用。這是首次報導的錒系元素單晶X 射線結構。

伯克利實驗室分子生物物理學和綜合生物成像部科學家、ALS 伯克利結構生物學中心團隊負責人馬克-阿萊爾（Marc Allaire）說：”我從事晶體學研究已有40 年，見過很多東西，團隊使用的方法很獨特，提供了我們過去無法獲得的細節。

(由左至右）Anthony Rozales、Joshua Woods、Jen Wacker 和Marc Allaire 在先進光源5.0.2 光束線。圖片來源：Marilyn Sargent/Berkeley Lab

在這項研究中，科學家使用了錒-227這種壽命最長的同位素。未來的研究將探討錒-225（α標靶治療的首選同位素），尋找金屬結合方式的其他變化。研究人員也有興趣將錒與不同的蛋白質配對，以進一步了解錒形成的結構。

“這是非常基礎的科學，是我們理解重元素化學的核心計劃的一部分，”Abergel 說。 “我們採用了一種技術難度極高的實驗方法，突破了同位素化學的界限，讓我們對這種元素有了更深入的了解。希望它能讓我們和其他人開發出更好的系統，用於α標靶治療。

編譯自/ ScitechDaily