防X光辐射的含硒黑色素学术资讯

来源：高分子科学前沿

黑色素广泛存在于人体中，是身体防御机制的一部分。夏天到了，太阳变得更毒了，皮肤中的黑色素可以保护我们不被轻度紫外线晒伤。光的波长越短，穿透性越强。UVB（320-280 nm）仅仅可以到达皮肤表层，长时间暴露就足以引起癌变，波长更短的X射线（0.01-10 nm）则可以穿透软组织直接对骨骼等进行成像。高剂量的X射线辐射会导致癌变，虽然越来越多的人有了防晒的意识，然而，如何进行X-射线辐射的防护也是一个重要的课题。
研究发现，在切尔诺贝利核电站和轨道航天器等暴露在高辐射下的场所存活着许多黑色素生物。黑色素可能可以直接衰减辐射或者淬灭自由基，从而为这些生物提供了保护。研究还发现，在众多种类的黑色素中，含有苯并噻嗪结构的褐黑素（Pheomelanin）对X射线的吸收似乎更高效。

最近，美国西北大学Nathan C. Gianneschi课题组在《J.A.C.S.》上合作发表了一篇题为 “Selenomelanin: An Abiotic Selenium Analogue of Pheomelanin” 的论文，利用同族、第四周期的硒元素（Selenium）替换苯并噻嗪结构中的硫元素制备了具有类似结构的含硒黑色素（Selenomelanin）纳米颗粒，并发现其可以高效地防护NHEK细胞免受高剂量X射线的伤害。

含硒黑色素纳米颗粒处理人细胞
自然界中还未发现含硒元素的黑色素。如果将来发现确实存在，由于X射线吸收系数与元素原子序数的四次方（Z4）成正比，这种黑色素一定有更强的防辐射能力。出于此考量，制定合成路线率先在实验室得到此类黑色素并评价其性能显得非常有意义，此论文是对实验室合成含硒黑色素的首次报道。作者利用硒代半胱氨酸和L-多巴胺作为原料，分别通过化学合成和活细菌原位生物合成手段制备了上述含硒黑色素纳米颗粒。

图1. 含硒黑色素的化学合成和表征固体核磁研究表明含硒黑色素的结构与天然褐黑素(红头发中的色素)类似。这种材料可以很好的保护由X射线造成的细胞周期改变（特别是细胞DNA合成后期的停滞），最大可保护剂量达到6 Gy，远高于临床放疗剂量。文章作者对保护机理也进行了一些探讨，发现含硒黑色素在物理防护、抗氧化和基因表达调控等方面都优于其他黑色素。Gianneschi教授认为含硒的黑色素应该或者已经存在于自然界而尚未被人发现。2016年，加拿大University of Saskatchewan的Pickering报道过硒元素在含黑色素组织中的选择性富集，我们认为含硒黑色素为这一现象提供了合理的解释，前人报道的现象也为我们的假设提供了实验证据。目前我们正在研究如何从天然样品中发现和提取含硒黑色素。此外，这个工作所报道的材料是对含硒高分子的补充，是一种交联的含硒生物大分子，为硒元素的生物代谢和除含硒蛋白以外的分布提供了新的可能。

来源：Polymer-science 高分子科学前沿

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