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，我們常常見到的這些物品之所以擁有美麗的顏色，都要歸功于各種各樣或天然或人工合成的染料。染料不僅裝點了人類的生活，它們還能幫助人類對付病痛。

將染料用來治病

如果問你人類最早發(fā)現(xiàn)的抗生素是什么，你一定能很快回答出來——青霉素。青霉素的故事在小學(xué)我們就已經(jīng)耳熟能詳。可是，如果要說人類獲得的第一件對付細菌的武器是什么，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，人類拿細菌束手無策，但其實有一種對付細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世紀德國免疫學(xué)家保羅·埃爾利希。在研究中，埃爾利希發(fā)現(xiàn)，不同細胞有不同的酸堿度，而由于酸堿度不同，當(dāng)遇到染料時，細胞們會被染上不同的顏色，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胞按所含顆粒染色特性進行分類的方法，并通過染色發(fā)現(xiàn)了嗜酸性粒細胞，首先鑒別了髓細胞性白血病的各種類型。在給細胞染色的過程中，埃爾利希想到：既然某些染料可以給細胞上色，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力來自于殘酷戰(zhàn)爭帶來的絕望和挫敗。1914年，參加了一戰(zhàn)的多馬克目睹了許多戰(zhàn)友因傷口被細菌感染而截肢甚至死亡，然而醫(yī)生卻對此束手無策，多馬克因此改變了志向，他決定從只能依靠已有知識治病的醫(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，多馬克加入了德國拜耳公司。當(dāng)時拜耳公司依靠埃爾利希傳承下來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公司，正是希望他沿襲這一思路，將“染料抗菌藥”研發(fā)出來，好在這個仍然一片空白的領(lǐng)域占有一席之地。

然而從無到有從來不是容易的事情，在四年的時間里，多馬克團隊嘗試了超過3000種化合物，無一例外都失敗了。1932年，多馬克等人意識到現(xiàn)有的染料是無法達到目的的，他們開始嘗試著改變?nèi)玖辖Y(jié)構(gòu)。多馬克想到，埃爾利希當(dāng)年發(fā)現(xiàn)紅色的偶氮染料對錐蟲有效，偶氮染料能抗寄生蟲，能不能抗鏈球菌呢？人多力量大，團隊里另一位化學(xué)家提議可以在偶氮染料的結(jié)構(gòu)中加上磺胺基團，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，毒性實驗表明，這種藥物對生物的生理毒性也很小，實驗動物對藥物的耐受量大，各種器官也沒有受到損傷。研發(fā)小組興奮地將這個化合物命名為百浪多息。

也不知是幸運還是不幸，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]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：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)場急救藥物之一，挽救了成千上萬士兵的生命。

靶向癌細胞的染料

既然染料能給細胞染色，那么能不能特異性地給腫瘤細胞染色呢？如果通過染色，腫瘤細胞能與其他細胞界限分明，醫(yī)生在切除腫瘤細胞時，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，同時減少損傷周圍健康組織。

美國南加州大學(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屬于癌細胞的染料。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。通過光譜分析，扎瓦萊特發(fā)現(xiàn)有許多種染劑有特別的光學(xué)性質(zhì)，具備偵測癌細胞的潛力。可是，這些染料同時也能將健康細胞進行染色，如何區(qū)分癌細胞和健康細胞呢？

研究人員開發(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，從而能夠快速通過健康組織，卻在腫瘤區(qū)域停留更長的時間。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食藥監(jiān)局的批準。

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)先把光敏劑注入機體，使之進入腫瘤組織，然后以特定波長的光線進行照射，使光敏劑產(chǎn)生反應(yīng)，釋放毒性物質(zhì)，破壞或殺死腫瘤細胞。科學(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，進行光敏治療。在同樣治療效果下，光敏療法對組織細胞的毒性大大降低，對于體內(nèi)無法光照的部位，還可以通過內(nèi)窺鏡進行身體深處腫瘤的治療。

對付核輻射的藍色染料

除了病原體和癌細胞，染料還可以幫助治療核輻射和重金屬中毒。

1994年，一起駭人聽聞的投毒案進入人們的眼簾：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多月，病情并未有所好轉(zhuǎn)，反而愈加嚴重。后來，醫(yī)生判斷，朱某的病情是由于鉈中毒。鉈對人體的毒性超過了鉛和汞，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)。

朱某的病情來勢洶洶，可是醫(yī)生們卻沒有辦法幫助她。朱某的同學(xué)通過互聯(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“偏方”：普通工業(yè)顏料普魯士藍可以治療鉈中毒。由此，朱某當(dāng)時終于撿回了一條命。這個神奇的“普魯士藍”究竟是何方神圣？

其實，普魯士藍的誕生也是源于偶然。1704年的一天，一個名叫迪斯巴赫的德國人正像往常那樣進行著生產(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，而是一種深藍色顏料，發(fā)生了什么事？

制造顏料時，迪斯巴赫需要將胭脂蟲、碳酸鉀和硫酸鐵等物質(zhì)混合在一起進行焙燒，再用水浸取焙燒后的物質(zhì)，在過濾掉不溶解的物質(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色沉淀。

迪斯巴赫經(jīng)過進一步的試驗，發(fā)現(xiàn)這種藍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。從此，普魯士藍作為一種稀有顏料，在市場中大受歡迎。后來，人們才知道，原來迪斯巴赫購買到的碳酸鉀中摻有動物油，其與硫酸鐵經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生了亞鐵氰化鐵，也就是普魯士藍。

普魯士藍化學(xué)名為亞鐵氰化鐵，在許多聞氰色變的人看來，這種藍色物質(zhì)或許有著某種不為人知的毒性。但實際上，普魯士藍不僅無毒，而且還是一種功效極佳的解毒劑。由于普魯士藍含有鐵，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70年代以來，用普魯士藍緩解鉈中毒的案例頻繁出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)論文和報告中。

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，美國食藥監(jiān)局正式批準可溶性普魯士藍用于鉈中毒的救治，鉈中毒這一原本的不治之癥終于等來了它的專屬神藥。所以說，染料們不僅有美麗的“外表”，還有更加美麗的“內(nèi)在”，等待著人類繼續(xù)去挖掘。

（六月的雨摘自《大科技》2023年第9期）