在一項准備重新定義我們癌症診斷和治療方法的開創性研究中，美國科羅拉多大學博爾德分校和 普林斯頓大學的研究人員成功地應用了一種傳統上用于地質學的方法來檢測癌細胞中獨特的代謝特征。這項開創性研究在《美國國家科學院院刊》中進行了詳細說明，利用脂質中氫同位素的自然豐度（這是對生命至關重要的脂肪分子）來揭示癌細胞特有的潛在代謝改變。

該研究團隊深入研究了酵母細胞的代謝過程，作爲了解癌症代謝的模型。通過分析細胞脂質中氫同位素的比率，他們發現健康細胞與癌細胞的代謝途徑存在顯著差異。這種見解源于不同形式的氫（氚和氘）在細胞代謝過程中融入脂質的不同方式。

癌症檢測的新方法

從曆史上看，科學家探索了各種代謝標志物來了解和診斷癌症，但這項研究引入了一種非侵入性技術，可以在癌症早期時檢測癌症。該方法取決于檢測細胞脂質中的氫同位素，這些同位素在健康細胞和正在經曆癌症轉化的細胞之間差異很大。

研究人員解釋說：“我們基本上是在使用一種工具，該工具幫助我們了解我們星球的曆史，現在揭示了癌細胞最基礎層面的分子敘事。”在生物學中使用穩定同位素比並不新鮮，但通過脂質代謝的晶狀體將其應用于研究疾病狀態，特別是癌症，是開創性的。

醫學中同位素的科學

同位素是特定化學元素的變體，其中中子數不同，因此質量不同，但化學性質不同。在自然界 中，氫同位素以較輕的氚和較重的氘的形式存在。這些同位素的比例根據環境和生物因素（包括新陳代謝）而變化。

在他們的實驗中，研究團隊培養了酵母和小鼠肝細胞，以比較他們的脂質同位素比率。結果令人震驚：與正常相比，癌細胞和快速發酵的酵母在脂質中表現出明顯的氘消耗。這種癌症的“同位素指紋（isotopic fingerprint）”爲了解該疾病提供了一個新的窗口，揭示了癌細胞如何改變其新陳代謝——這是癌症生長和生存的標志。

技術和工具

研究小組使用質譜法來測量脂質樣品中氘與氘的比率。這項技術使他們能夠追蹤NADPH中氫原子的起源，NADPH是細胞合成代謝過程的核心分子，幫助合成脂肪酸和其他大分子。NADPH氫源的變化反映了細胞代謝的變化，與非癌細胞相比，癌細胞代謝的變化截然不同。

通過關注這些代謝變化，研究人員可以確定對NADPH及其相關氫同位素的需求在疾病狀態中是如何變化的。研究人員潛力：“如果這種同位素信號足夠強，可以通過血液測試等簡單測試來檢測，從而提供癌症的早期迹象。”

應用和影響

這項研究的影響超出了癌症診斷的範圍。該方法還可以導致更好地了解和監測代謝中斷的其他疾病。此外，這種方法在制藥研究方面具有巨大的潛力，其中藥物可以專門針對癌細胞中改變的代謝途徑。

該研究還爲環境和生態應用打開了大門，其中類似的代謝見解可以幫助評估生態系統的健康狀況或調整環境保護戰略。

疾病診斷的未來

展望未來，該團隊對完善這項技術以進行更廣泛的臨床應用持樂觀態度。進一步的研究旨在爲各種類型的細胞和條件建立一個更全面的同位素指紋數據庫，提高該方法的特異性和敏感性。

地質學和生物學的這種融合不僅闡明了跨越學科界限的共享工具和方法，也體現了在一個領域開發的技術如何徹底改變另一個領域的研究。隨著我們繼續探索細胞內原子的複雜關系，我們越來越接近掌握在最基本水平上診斷和治療疾病的能力，爲全球患者提供量身定制治療和改善結果的希望。