宾夕法尼亚大学的凯瑟琳·昂格尔·贝利 两张图片显示了闪石石棉在与培养的肺细胞相互作用之前(左)和之后(右)的结构
鸣谢:科学报告，由Ruggero Vigliaturo修改，在https://creativecommons下使用
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0/ 一种常见的建筑材料，石棉是用来描述一系列自然生长的矿物的术语
严重的疾病，包括间皮瘤和肺癌，可能在接触石棉几十年后出现
生物医学研究人员花了很多年试图了解石棉如何导致疾病，尽管这个难题的许多部分仍然未知
由宾夕法尼亚大学研究人员领导的一个国际团队采用了一种完全不同的方法，转而研究相互作用如何改变矿物本身
“许多研究都着眼于石棉的毒性，我们想从相反的方面来处理这个问题，不是调查对细胞的影响，而是探索矿物质一旦进入细胞后会发生什么，”宾夕法尼亚大学艺术与科学学院地球与环境科学系教授烈斗·吉尔说，他是这项工作的高级作者，发表在《科学报告》上
第一作者Ruggero Vigliaturo说:“我们使用了尖端的实验技术，一直到纳米尺度甚至原子尺度，来观察矿物质的转变。”Ruggero Vigliaturo现在是意大利都灵大学的终身助理教授，他在宾夕法尼亚大学博士后研究期间完成了这项研究
“我们看到的是，矿物质正在发生变化，看起来几乎像是在保护自己免受细胞伤害
" 这项研究源于宾夕法尼亚大学环境毒理学卓越中心进行的一系列更大的石棉实验
“石棉”虽然是一个常见的术语，但它并不是一个科学术语，而是在工业中用来指各种不同结构和化学成分的矿物
在目前的工作中，Vigliaturo，Gieré和他的同事们把重点放在闪石石棉上，这种石棉被认为比其他种类的石棉更危险
虽然对石棉毒性的许多研究都集中在人体组织对这种矿物质的反应上，但在这里，研究人员希望观察这种矿物质对人类肺细胞的吸收有何反应
Vigliaturo和Gieré与斯洛文尼亚国家化学研究所的研究人员合作，利用具有极高空间分辨率的成像技术，在人体肺细胞中停留两天后，对矿物质进行了表征
相比之下，到目前为止，大多数石棉研究都集中在当长石棉纤维留在细胞外的组织区域时对身体的影响
通过专门的透射电子显微镜(TEM)技术，研究人员记录了闪石矿物中从未见过的变化，其中许多变化被称为溶酶体的细胞隔间所吸收，溶酶体通常参与处理细胞废物和程序性细胞死亡
“在这些比细胞其他部分酸性更强的溶酶体中，我们观察到矿物质的表面开始溶解，”吉尔说
关于这些相对富含铁的矿物，一个直接的问题很快出现了:“铁的命运是什么？”他说
一种精细的TEM分析使研究人员能够看到铁的氧化状态在溶解过程中发生了变化，这种变化可能会影响矿物质与其他细胞成分(如细胞器和细胞核)的反应方式
矿物表面也经历了惊人的变化，包括在被细胞内化后形成富含铁的无定形层
对科学家来说，这一层让人想起石棉体，但在结构和化学上有明显的不同
石棉体是由肺组织中的巨噬细胞而不是细胞内的巨噬细胞形成的，与长期接触石棉有关
“当你检查从死于石棉相关疾病的病人身上提取的肺组织样本时，你会发现石棉纤维被一层褐色的涂层所包围
这些是石棉体，”吉尔说
“这层膜是生物形成的，铁主要是通过一种叫做铁蛋白的蛋白质从体内输送出来的
" 在他们的实验中，石棉在细胞内而不是在细胞间隙中，研究人员没有观察到石棉体，而是在矿物上发现了一层铁层，这种铁层来自矿物本身
与石棉体不同，这些涂层不含磷
“为什么会这样，我们不知道，”吉尔说
“可能是细胞试图通过触发矿物质的变化来保护自己，但现在下结论还为时过早
" 此外，Vigliaturo注意到，与含铁较少的种类相比，含铁较多的闪石出人意料地表现出不太明显的溶解和不太广泛的无定形层
“这与我们的预期和非生物实验中的报道相反，”他说
研究人员说，矿物质的变化可能会影响身体对石棉纤维的反应和处理——这一过程可能与几十年后疾病的发生有关
然而，他们警告说，他们的实验是在很短的时间内进行的，只有两天，并且是在体外用细胞系进行的，而不是在人体内进行的
他们说，要了解他们观察到的现象是否在暴露于石棉的活人身上有所反映，还需要做更多的工作
Gieré，Vigliaturo和他们的同事继续探索肺细胞和石棉的相互作用，但重点是细胞本身的生化变化
他们还对不同类型的石棉进行实验，以更好地了解它们的相似性和差异性与疾病负担的关系
他们希望他们的发现将有助于其他研究人员解释石棉的毒性和致癌作用
Vigliaturo出生在意大利的Casale Monferrato，这个有4万人口的城市有3000多人死于当地一家工厂的石棉中毒，对他来说，了解更多石棉相关疾病的愿望是个人的
“我们将纳米科学、生物学和纳米材料技术引入矿物学，”他说
“我们正在利用我们的专业背景来帮助解决这部分难题
"
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