染料變身救命神藥

姜林

五顏六色的衣服、七彩斑斕的玩具、花花綠綠的藥丸，我們常常見(jiàn)到的這些物品之所以擁有美麗的顏色，都要?dú)w功于各種各樣或天然或人工合成的染料。染料不僅裝點(diǎn)了人類(lèi)的生活，它們還能幫助人類(lèi)對(duì)付病痛。

將染料用來(lái)治病

如果問(wèn)你人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的抗生素是什么，你一定能很快回答出來(lái)——青霉素。青霉素的故事在小學(xué)我們就已經(jīng)耳熟能詳?？墒?，如果要說(shuō)人類(lèi)獲得的第一件對(duì)付細(xì)菌的武器是什么，很多人可能不太了解。青霉素的出名讓我們常常誤以為在其意外被發(fā)現(xiàn)之前，人類(lèi)拿細(xì)菌束手無(wú)策，但其實(shí)有一種對(duì)付細(xì)菌的藥物比青霉素投入臨床應(yīng)用早了近十年，那就是名叫百浪多息的染料。染料與抗菌藥有什么關(guān)系？

科學(xué)家是如何開(kāi)始將染料當(dāng)作抗菌藥研究的？將染料變成藥物的思路始于19世紀(jì)德國(guó)免疫學(xué)家保羅·埃爾利希。在研究中，埃爾利希發(fā)現(xiàn)，不同細(xì)胞有不同的酸堿度，而由于酸堿度不同，當(dāng)遇到染料時(shí)，細(xì)胞們會(huì)被染上不同的顏色，由此埃爾利希發(fā)明了活體染色法。埃爾利希首次提出將白細(xì)胞按所含顆粒染色特性進(jìn)行分類(lèi)的方法，并通過(guò)染色發(fā)現(xiàn)了嗜酸性粒細(xì)胞，首先鑒別了髓細(xì)胞性白血病的各種類(lèi)型。在給細(xì)胞染色的過(guò)程中，埃爾利希想到：既然某些染料可以給細(xì)胞上色，那是不是也存在一種染料能特異性地與病原體結(jié)合，如果它還恰好具有毒性，能將病原體殺死，不就能作為藥物了嗎？

在這種思路引導(dǎo)下，1891年，埃爾利希開(kāi)始尋找能治病的染料。幾年后，埃爾利希真的找到了兩種能治病的染料——能治愈瘧疾的亞甲藍(lán)和能有效治療梅毒的砷凡納明，這兩種基于染料制成的藥物也是人類(lèi)首次嘗試并合成的人造藥物，化學(xué)藥正式誕生。埃爾利希的“染料藥”思想影響了更多人，其中就包括制出了百浪多息的德國(guó)藥學(xué)家格哈德·多馬克。

世界上第一種抗菌藥

與許多藥學(xué)家相似，多馬克制造抗菌藥的動(dòng)力來(lái)自于殘酷戰(zhàn)爭(zhēng)帶來(lái)的絕望和挫敗。1914年，參加了一戰(zhàn)的多馬克目睹了許多戰(zhàn)友因傷口被細(xì)菌感染而截肢甚至死亡，然而醫(yī)生卻對(duì)此束手無(wú)策，多馬克因此改變了志向，他決定從只能依靠已有知識(shí)治病的醫(yī)生轉(zhuǎn)行成尋找新藥物的科研人員。

從醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后，多馬克加入了德國(guó)拜耳公司。當(dāng)時(shí)拜耳公司依靠埃爾利希傳承下來(lái)的抗瘧藥賺得盆滿缽滿，嘗到了甜頭的公司高層將多馬克召進(jìn)公司，正是希望他沿襲這一思路，將“染料抗菌藥”研發(fā)出來(lái)，好在這個(gè)仍然一片空白的領(lǐng)域占有一席之地。

然而從無(wú)到有從來(lái)不是容易的事情，在四年的時(shí)間里，多馬克團(tuán)隊(duì)嘗試了超過(guò)3000種化合物，無(wú)一例外都失敗了。1932年，多馬克等人意識(shí)到現(xiàn)有的染料是無(wú)法達(dá)到目的的，他們開(kāi)始嘗試著改變?nèi)玖辖Y(jié)構(gòu)。多馬克想到，埃爾利希當(dāng)年發(fā)現(xiàn)紅色的偶氮染料對(duì)錐蟲(chóng)有效，偶氮染料能抗寄生蟲(chóng)，能不能抗鏈球菌呢？人多力量大，團(tuán)隊(duì)里另一位化學(xué)家提議可以在偶氮染料的結(jié)構(gòu)中加上磺胺基團(tuán)，吸引鏈球菌然后毒死它們。

這次，奇跡出現(xiàn)了，當(dāng)多馬克將這種改造后的“染料藥”喂給已感染鏈球菌的小白鼠之后，這些小白鼠逐漸康復(fù)了！而且，毒性實(shí)驗(yàn)表明，這種藥物對(duì)生物的生理毒性也很小，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)藥物的耐受量大，各種器官也沒(méi)有受到損傷。研發(fā)小組興奮地將這個(gè)化合物命名為百浪多息。

也不知是幸運(yùn)還是不幸，就在多馬克研發(fā)出百浪多息后的第三年，他的小女兒不小心摔倒，不潔的針頭刺入手掌，傷口被鏈球菌感染了。小女孩的病情很快惡化，除了截肢外沒(méi)有其他挽救生命的辦法。絕望的多馬克抱著死馬當(dāng)活馬醫(yī)的念頭，給女兒注射了一劑百浪多息，兩天后女兒狀況奇跡般地好轉(zhuǎn)，并且?guī)缀鯖](méi)有任何副作用。于是多馬克發(fā)表論文，將百浪多息正式介紹給了大眾，百浪多息很快做出了巨大貢獻(xiàn)：在二戰(zhàn)中，基于百浪多息制成的抗菌藥成了最重要的戰(zhàn)場(chǎng)急救藥物之一，挽救了成千上萬(wàn)士兵的生命。

靶向癌細(xì)胞的染料

既然染料能給細(xì)胞染色，那么能不能特異性地給腫瘤細(xì)胞染色呢？如果通過(guò)染色，腫瘤細(xì)胞能與其他細(xì)胞界限分明，醫(yī)生在切除腫瘤細(xì)胞時(shí)，就能清晰地看到腫瘤的范圍和走向，從而盡可能切除全部腫瘤，同時(shí)減少損傷周?chē)】到M織。

美國(guó)南加州大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程教授克里斯蒂娜·扎瓦萊特致力于尋找這樣一種專(zhuān)屬于癌細(xì)胞的染料。為了安全，扎瓦萊特從用于刺青、食品藥品加工的染料中尋找目標(biāo)。通過(guò)光譜分析，扎瓦萊特發(fā)現(xiàn)有許多種染劑有特別的光學(xué)性質(zhì)，具備偵測(cè)癌細(xì)胞的潛力。可是，這些染料同時(shí)也能將健康細(xì)胞進(jìn)行染色，如何區(qū)分癌細(xì)胞和健康細(xì)胞呢？

研究人員開(kāi)發(fā)了一種可攜帶色素的新型納米顆粒。新型納米顆粒的大小適中、滲透力較強(qiáng)，從而能夠快速通過(guò)健康組織，卻在腫瘤區(qū)域停留更長(zhǎng)的時(shí)間。若將少量染料包裹在納米顆粒中，就可以獲得更好的顯影效果，醫(yī)生能夠更加輕松地確定癌癥區(qū)域。目前，這種生物染料已獲得美國(guó)食藥監(jiān)局的批準(zhǔn)。

在腫瘤治療方面，染料也大有可為。光敏療法是一種治療癌癥的新型療法，預(yù)先把光敏劑注入機(jī)體，使之進(jìn)入腫瘤組織，然后以特定波長(zhǎng)的光線進(jìn)行照射，使光敏劑產(chǎn)生反應(yīng)，釋放毒性物質(zhì)，破壞或殺死腫瘤細(xì)胞?？茖W(xué)家研制出了一些特殊染料，可以作為光敏劑被吸附到腫瘤當(dāng)中，進(jìn)行光敏治療。在同樣治療效果下，光敏療法對(duì)組織細(xì)胞的毒性大大降低，對(duì)于體內(nèi)無(wú)法光照的部位，還可以通過(guò)內(nèi)窺鏡進(jìn)行身體深處腫瘤的治療。

對(duì)付核輻射的藍(lán)色染料

除了病原體和癌細(xì)胞，染料還可以幫助治療核輻射和重金屬中毒。

1994年，一起駭人聽(tīng)聞的投毒案進(jìn)入人們的眼簾：清華才女朱某因不明原因發(fā)病住院，從腹痛、嘔吐到脫發(fā)高燒，朱某在重癥病房住了一個(gè)多月，病情并未有所好轉(zhuǎn)，反而愈加嚴(yán)重。后來(lái)，醫(yī)生判斷，朱某的病情是由于鉈中毒。鉈對(duì)人體的毒性超過(guò)了鉛和汞，近似于砷，最小致死劑量是12mg/kg。鉈離子能取代鉀離子，和某些酶的親和力比鉀大10倍，從而導(dǎo)致人體因缺鉀而出現(xiàn)各種神經(jīng)毒性反應(yīng)。

朱某的病情來(lái)勢(shì)洶洶，可是醫(yī)生們卻沒(méi)有辦法幫助她。朱某的同學(xué)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向世界各地的醫(yī)生發(fā)送了求救信，這才獲知了一個(gè)“偏方”：普通工業(yè)顏料普魯士藍(lán)可以治療鉈中毒。由此，朱某當(dāng)時(shí)終于撿回了一條命。這個(gè)神奇的“普魯士藍(lán)”究竟是何方神圣？

其實(shí)，普魯士藍(lán)的誕生也是源于偶然。1704年的一天，一個(gè)名叫迪斯巴赫的德國(guó)人正像往常那樣進(jìn)行著生產(chǎn)胭脂紅顏料的工作，可是這一次，盡管與原先的工作步驟一模一樣，迪斯巴赫最終得到的顏料卻不是紅色的，而是一種深藍(lán)色顏料，發(fā)生了什么事？

制造顏料時(shí)，迪斯巴赫需要將胭脂蟲(chóng)、碳酸鉀和硫酸鐵等物質(zhì)混合在一起進(jìn)行焙燒，再用水浸取焙燒后的物質(zhì)，在過(guò)濾掉不溶解的物質(zhì)以后，濃縮溶液就得到了需要的顏料。但在這次濃縮過(guò)程中，迪斯巴赫首先得到一種黃色的晶體，當(dāng)這種黃色晶體與三氯化鐵的溶液相遇，便產(chǎn)生了一種顏色很鮮艷的藍(lán)色沉淀。

迪斯巴赫經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種藍(lán)色沉淀竟然是一種性能優(yōu)良的涂料，迪斯巴赫將之命名為普魯士藍(lán)。從此，普魯士藍(lán)作為一種稀有顏料，在市場(chǎng)中大受歡迎。后來(lái)，人們才知道，原來(lái)迪斯巴赫購(gòu)買(mǎi)到的碳酸鉀中摻有動(dòng)物油，其與硫酸鐵經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生了亞鐵氰化鐵，也就是普魯士藍(lán)。

普魯士藍(lán)化學(xué)名為亞鐵氰化鐵，在許多聞氰色變的人看來(lái)，這種藍(lán)色物質(zhì)或許有著某種不為人知的毒性。但實(shí)際上，普魯士藍(lán)不僅無(wú)毒，而且還是一種功效極佳的解毒劑。由于普魯士藍(lán)含有鐵，鐵與重金屬鉈和放射性銫等元素能夠發(fā)生置換，使其形成不溶性物質(zhì)，隨糞便排出，有效阻止人體吸收鉈和銫，所以具有解毒效果。20世紀(jì)70年代以來(lái)，用普魯士藍(lán)緩解鉈中毒的案例頻繁出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)論文和報(bào)告中。

1986年4月26日，切爾諾貝利核電站發(fā)生核泄漏，1700多噸石墨爆炸燃燒，釋放出大量銫、鍶、鈰等放射性物質(zhì)和鉈、鉛等重金屬元素。切爾諾貝利核泄漏事件發(fā)生后，普魯士藍(lán)成了“大功臣”，僅是解救鉈中毒的成功案例就有幾十例。2003年10月，美國(guó)食藥監(jiān)局正式批準(zhǔn)可溶性普魯士藍(lán)用于鉈中毒的救治，鉈中毒這一原本的不治之癥終于等來(lái)了它的專(zhuān)屬神藥。所以說(shuō)，染料們不僅有美麗的“外表”，還有更加美麗的“內(nèi)在”，等待著人類(lèi)繼續(xù)去挖掘。

（六月的雨摘自《大科技》2023年第9期）