.125 Years After Its Discovery, Actinium’s Chemistry Still Baffles Scientists
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.125 Years After Its Discovery, Actinium’s Chemistry Still Baffles Scientists
발견 125년 후에도 액티늄의 화학은 여전히 과학자들을 당혹스럽게 한다
주제:원자물리학암크리스털암사슴로렌스 버클리 국립 연구소재료 과학 로렌 비론, 로렌스 버클리 국립 연구소 2024년 7월 30일 악티늄 화합물 연구자들은 현미경으로 본 순수한 악티늄 화합물의 결정을 성장시켜 악티늄이 고체의 다른 분자와 어떻게 결합하는지 이해했습니다. 출처: Jen Wacker/Berkeley Lab
버클리 랩의 한 연구에서 새로운 암 치료법에 필수적인 원소인 악티늄에 대한 새로운 통찰력이 밝혀졌습니다. 연구자들은 그 결정 구조를 조사하여 암 치료에서 유망한 방법인 표적 알파 요법을 향상시킬 수 있는 고유한 특성을 발견했습니다. 악티늄 원소는 20세기 초에 처음 발견되었지만, 연구자들은 여전히 이 금속의 화학을 잘 이해하지 못하고 있습니다. 그 이유는 악티늄이 극히 소량으로만 존재하고 방사성 물질을 다루려면 특별한 시설이 필요하기 때문입니다. 그러나 악티늄을 이용한 새로운 암 치료법을 개선하기 위해서는 연구자들이 이 원소가 다른 분자와 어떻게 결합하는지 더 잘 이해해야 할 것입니다.
젠 워커 Jen Wacker가 Berkeley Lab에서 악티늄 샘플을 처리하고 있습니다. 출처: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
액티늄 연구의 발전 에너지부 로렌스 버클리 국립연구소(버클리 랩)가 주도한 새로운 연구에서 연구자들은 악티늄을 함유한 결정을 성장시키고 이 화합물의 원자 구조를 연구했습니다. 원소는 종종 주기율표에서 가벼운 사촌과 비슷하게 행동하지만, 연구자들은 악티늄이 그 대응물인 란탄을 보고 예측한 것과 다르게 행동한다는 것을 발견하고 놀랐습니다. "이러한 원소는 핵 에너지에서 의학, 국가 안보에 이르기까지 광범위한 용도로 사용할 수 있지만, 이들이 어떻게 행동하는지 모른다면 우리가 이룰 수 있는 진전이 방해받습니다." Nature Communications 에 최근 게재된 논문의 주저자 이자 버클리 연구소의 화학자인 젠 와커의 말이다. "이 연구는 이러한 방사성 원소의 복잡성을 진정으로 이해하는 데 필요하다는 것을 알게 되었습니다. 많은 경우 대용품을 사용하는 것만으로는 화학을 이해하는 데 충분하지 않기 때문입니다."
조슈아 우즈와 애피 피터슨 Joshua Woods와 Appie Peterson이 작은 악티늄 샘플을 측정하고 있습니다. 출처: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
암 치료에 있어서 액티늄의 잠재력 관심 분야 중 하나는 임상 시험에서 유망성이 입증된 표적 알파 요법(TAT)이라는 암 치료 방법에 악티늄(악티늄-225)의 동위 원소를 사용 하는 것입니다. TAT 방법은 펩타이드나 항체와 같은 생물학적 전달 시스템을 사용하여 방사성 원소를 암 부위로 이동합니다. 악티늄이 붕괴되면 짧은 거리를 이동하는 고에너지 입자가 방출되어 근처의 암 세포를 파괴하지만 더 멀리 있는 건강한 조직은 보호합니다. "특정 세포에 악티늄을 전달하고 그곳에 머무르게 하는 더 나은 전달 시스템을 설계하려는 움직임이 있습니다." 버클리 연구소의 중원소 화학 그룹을 이끄는 UC 버클리 핵공학 및 화학과 조교수인 레베카 에버겔의 말이다. "우리가 단백질을 조작하여 매우 높은 친화력으로 악티늄을 결합하고 항체와 융합하거나 표적 단백질 역할을 할 수 있다면, 방사성 의약품을 개발하는 새로운 방법이 실제로 가능해질 것입니다."
결합하는 액티늄의 렌더링 이 렌더링은 악티늄(마젠타)이 다른 분자와 결합하는 구조를 보여줍니다. 빨간색 삼각형은 배열이 악티늄의 더 가벼운 대응물인 란탄(회색)과 어떻게 다른지 나타냅니다. 결합 분자(리간드)의 스틱 구조는 단백질의 포켓으로 둘러싸여 있습니다. 출처: Jen Wacker/Berkeley Lab
악티늄 연구를 위한 혁신적 기술 연구자들은 순수한 악티늄 5마이크로그램만 사용하여 결정을 성장시키는 새로운 접근법을 사용했는데, 이는 소금 한 알의 무게의 약 1/10에 해당하며 육안으로는 보이지 않았습니다. 그들은 먼저 다른 원소와 화학적 불순물을 제거하는 복잡한 여과 과정을 통해 악티늄을 정제했습니다. 그런 다음 악티늄을 리간드라고 하는 금속 포획 분자에 결합시키고, 프레드 허친슨 암 센터의 롤랜드 스트롱 팀이 분리하고 정제한 단백질 내부에 묶음을 감싸 "거대 분자 지지대"를 구축했습니다. Heavy Element Research Laboratory 내부에서 일주일 이상 성장시킨 결정은 액체 질소에서 극저온 냉각한 후 Berkeley Lab의 Advanced Light Source(ALS)에서 X선을 조사했습니다.
X선은 화합물의 3D 구조를 밝혀냈고 악티늄이 주변 원자와 어떻게 상호 작용하는지 보여주었습니다. 이는 악티늄에 대해 보고된 최초의 단일 결정 X선 구조입니다. "저는 40년 동안 결정학 분야에서 일하며 많은 것을 보았고, 팀이 사용하는 방법은 독특하며 과거에는 얻을 수 없었던 세부 정보를 제공합니다." ALS의 Berkeley Center for Structural Biology 팀장이자 Berkeley Lab의 분자 생물물리학 및 통합 생물영상 부문 과학자인 Marc Allaire의 말입니다. "제가 아는 한, Berkeley Lab은 이런 종류의 연구를 하고 방사성 단백질 결정을 측정하는 전 세계에서 유일한 곳입니다."
앤서니 로잘레스, 조슈아 우즈, 젠 와커, 마크 얼레어 (왼쪽에서 오른쪽으로) Advanced Light Source의 빔라인 5.0.2에 있는 Anthony Rozales, Joshua Woods, Jen Wacker, Marc Allaire. 출처: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
액티늄 연구의 미래 방향 이 연구에서 과학자들은 이 원소의 가장 오래 사는 동위 원소인 악티늄-227을 사용했습니다. 향후 연구에서는 악티늄-225(표적 알파 치료에 선호되는 동위 원소)를 탐구하여 금속이 결합하는 방식의 다른 변화를 찾을 것입니다. 연구자들은 또한 악티늄을 다른 단백질과 짝지어 형성하는 구조에 대해 더 많이 알아내는 데 관심이 있습니다.
"이것은 중원소의 화학을 이해하는 우리의 핵심 프로그램의 일부인 매우 기본적인 과학입니다." Abergel이 말했습니다. "우리는 동위 원소 화학의 경계를 넓히고 이 원소에 대한 더 나은 이해를 얻을 수 있게 해주는 정말 기술적으로 어려운 실험 방법을 달성했습니다. 이를 통해 우리와 다른 사람들이 표적 알파 치료에 유용한 더 나은 시스템을 개발할 수 있기를 바랍니다."
참고문헌: Jennifer N. Wacker, Joshua J. Woods, Peter B. Rupert, Appie Peterson, Marc Allaire, Wayne W. Lukens, Alyssa N. Gaiser, Stefan G. Minasian, Roland K. Strong, Rebecca J. Abergel의 "거대 분자 지지대에서의 액티늄 킬레이션 및 결정화", 2024년 7월 15일, Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-024-50017-5
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mssoms 메모 2407310412
암치료에 방사선 요법에 액티늄 227이 사용된다. 요령은 간단하나 과정은 좀 복잡하다. msbase 분자포획 bar, ms.ligand의 유사 구간 일부에 삽입하여 서서히 짧은 알파선을 내보내며 암을 죽이지만 다른 부위는 건드리지 않는다.
mssoms memo 2407310412
Actinium 227 is used in radiation therapy for cancer treatment. The trick is simple, but the process is a bit complicated. It is inserted into a part of the similar section of the msbase molecular capture bar, ms.ligand, and slowly emits short alpha rays to kill the cancer, but does not touch other parts.
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