黑色素廣泛存在于人體中，是身體防御機(jī)制的一部分。夏天到了，太陽變得更毒了，皮膚中的黑色素可以保護(hù)我們不被輕度紫外線曬傷。光的波長越短，穿透性越強。UVB（320-280 nm）僅僅可以到達(dá)皮膚表層，長時間暴露就足以引起癌變，波長更短的X射線（0.01-10 nm）則可以穿透軟組織直接對骨骼等進(jìn)行成像。高劑量的X射線輻射會導(dǎo)致癌變，雖然越來越多的人有了防曬的意識，然而，如何進(jìn)行X-射線輻射的防護(hù)也是一個重要的課題。
研究發(fā)現(xiàn)，在切爾諾貝利核電站和軌道航天器等暴露在高輻射下的場所存活著許多黑色素生物。黑色素可能可以直接衰減輻射或者淬滅自由基，從而為這些生物提供了保護(hù)。研究還發(fā)現(xiàn)，在眾多種類的黑色素中，含有苯并噻嗪結(jié)構(gòu)的褐黑素（Pheomelanin）對X射線的吸收似乎更高效。
最近，美國西北大學(xué)Nathan C.?Gianneschi課題組在《J.A.C.S.》上合作發(fā)表了一篇題為?“Selenomelanin: An Abiotic Selenium Analogue of?Pheomelanin”?的論文，利用同族、第四周期的硒元素（Selenium）替換苯并噻嗪結(jié)構(gòu)中的硫元素制備了具有類似結(jié)構(gòu)的含硒黑色素（Selenomelanin）納米顆粒，并發(fā)現(xiàn)其可以高效地防護(hù)NHEK細(xì)胞免受高劑量X射線的傷害。
自然界中還未發(fā)現(xiàn)含硒元素的黑色素。如果將來發(fā)現(xiàn)確實存在，由于X射線吸收系數(shù)與元素原子序數(shù)的四次方（Z4）成正比，這種黑色素一定有更強的防輻射能力。出于此考量，制定合成路線率先在實驗室得到此類黑色素并評價其性能顯得非常有意義，此論文是對實驗室合成含硒黑色素的首次報道。作者利用硒代半胱氨酸和L-多巴胺作為原料，分別通過化學(xué)合成和活細(xì)菌原位生物合成手段制備了上述含硒黑色素納米顆粒。
固體核磁研究表明含硒黑色素的結(jié)構(gòu)與天然褐黑素(紅頭發(fā)中的色素)類似。這種材料可以很好的保護(hù)由X射線造成的細(xì)胞周期改變（特別是細(xì)胞DNA合成后期的停滯），最大可保護(hù)劑量達(dá)到6 Gy，遠(yuǎn)高于臨床放療劑量。
文章作者對保護(hù)機(jī)理也進(jìn)行了一些探討，發(fā)現(xiàn)含硒黑色素在物理防護(hù)、抗氧化和基因表達(dá)調(diào)控等方面都優(yōu)于其他黑色素。
Gianneschi教授認(rèn)為含硒的黑色素應(yīng)該或者已經(jīng)存在于自然界而尚未被人發(fā)現(xiàn)。2016年，加拿大University of Saskatchewan的Pickering報道過硒元素在含黑色素組織中的選擇性富集，我們認(rèn)為含硒黑色素為這一現(xiàn)象提供了合理的解釋，前人報道的現(xiàn)象也為我們的假設(shè)提供了實驗證據(jù)。目前我們正在研究如何從天然樣品中發(fā)現(xiàn)和提取含硒黑色素。
此外，這個工作所報道的材料是對含硒高分子的補充，是一種交聯(lián)的含硒生物大分子，為硒元素的生物代謝和除含硒蛋白以外的分布提供了新的可能。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c05573
