在一项准备重新定义我们癌症诊断和治疗方法的开创性研究中，美国科罗拉多大学博尔德分校和 普林斯顿大学的研究人员成功地应用了一种传统上用于地质学的方法来检测癌细胞中独特的代谢特征。这项开创性研究在《美国国家科学院院刊》中进行了详细说明，利用脂质中氢同位素的自然丰度（这是对生命至关重要的脂肪分子）来揭示癌细胞特有的潜在代谢改变。

该研究团队深入研究了酵母细胞的代谢过程，作为了解癌症代谢的模型。通过分析细胞脂质中氢同位素的比率，他们发现健康细胞与癌细胞的代谢途径存在显著差异。这种见解源于不同形式的氢（氚和氘）在细胞代谢过程中融入脂质的不同方式。

癌症检测的新方法

从历史上看，科学家探索了各种代谢标志物来了解和诊断癌症，但这项研究引入了一种非侵入性技术，可以在癌症早期时检测癌症。该方法取决于检测细胞脂质中的氢同位素，这些同位素在健康细胞和正在经历癌症转化的细胞之间差异很大。

研究人员解释说：“我们基本上是在使用一种工具，该工具帮助我们了解我们星球的历史，现在揭示了癌细胞最基础层面的分子叙事。”在生物学中使用稳定同位素比并不新鲜，但通过脂质代谢的晶状体将其应用于研究疾病状态，特别是癌症，是开创性的。

医学中同位素的科学

同位素是特定化学元素的变体，其中中子数不同，因此质量不同，但化学性质不同。在自然界 中，氢同位素以较轻的氚和较重的氘的形式存在。这些同位素的比例根据环境和生物因素（包括新陈代谢）而变化。

在他们的实验中，研究团队培养了酵母和小鼠肝细胞，以比较他们的脂质同位素比率。结果令人震惊：与正常相比，癌细胞和快速发酵的酵母在脂质中表现出明显的氘消耗。这种癌症的“同位素指纹（isotopic fingerprint）”为了解该疾病提供了一个新的窗口，揭示了癌细胞如何改变其新陈代谢——这是癌症生长和生存的标志。

技术和工具

研究小组使用质谱法来测量脂质样品中氘与氘的比率。这项技术使他们能够追踪NADPH中氢原子的起源，NADPH是细胞合成代谢过程的核心分子，帮助合成脂肪酸和其他大分子。NADPH氢源的变化反映了细胞代谢的变化，与非癌细胞相比，癌细胞代谢的变化截然不同。

通过关注这些代谢变化，研究人员可以确定对NADPH及其相关氢同位素的需求在疾病状态中是如何变化的。研究人员潜力：“如果这种同位素信号足够强，可以通过血液测试等简单测试来检测，从而提供癌症的早期迹象。”

应用和影响

这项研究的影响超出了癌症诊断的范围。该方法还可以导致更好地了解和监测代谢中断的其他疾病。此外，这种方法在制药研究方面具有巨大的潜力，其中药物可以专门针对癌细胞中改变的代谢途径。

该研究还为环境和生态应用打开了大门，其中类似的代谢见解可以帮助评估生态系统的健康状况或调整环境保护战略。

疾病诊断的未来

展望未来，该团队对完善这项技术以进行更广泛的临床应用持乐观态度。进一步的研究旨在为各种类型的细胞和条件建立一个更全面的同位素指纹数据库，提高该方法的特异性和敏感性。

地质学和生物学的这种融合不仅阐明了跨越学科界限的共享工具和方法，也体现了在一个领域开发的技术如何彻底改变另一个领域的研究。随着我们继续探索细胞内原子的复杂关系，我们越来越接近掌握在最基本水平上诊断和治疗疾病的能力，为全球患者提供量身定制治疗和改善结果的希望。