Mata el c√°ncer: iridio, alb√ļmina s√©rica humana y algo de luz azul



Uno de los superh√©roes m√°s famosos de Marvel siempre ha sido y ser√° considerado Logan, tambi√©n conocido como Wolverine. ¬ŅY qu√© caracter√≠stica de su cuerpo viene a la mente primero, adem√°s de, por supuesto, la regeneraci√≥n con la velocidad de Flash? En una palabra: adamantium. Este metal raro tiene propiedades √ļnicas, es casi imposible destruirlo y el procesamiento requiere mucho esfuerzo. Esta sustancia ficticia tiene varios equivalentes en nuestra realidad, que tambi√©n tienen propiedades muy espec√≠ficas. Entre ellos, el iridio merec√≠a especial atenci√≥n de los cient√≠ficos. Este metal dif√≠cilmente puede hacer un s√ļper h√©roe de una persona simple, pero √©l sabe c√≥mo destruir las c√©lulas cancerosas (Deadpool no rechazar√≠a tal cosa). ¬ŅC√≥mo llegaron los cient√≠ficos a esta conclusi√≥n: qu√© tan efectivo es el iridio en la lucha contra el c√°ncer y cu√°l es su futuro en oncolog√≠a? Sum√©rgete en el informe del grupo de estudio para obtener respuestas. Vamos

Ciencia del metal

El iridio (Ir) es un metal de transici√≥n extremadamente s√≥lido del grupo del platino. Al igual que el adamantium ficticio, el iridio es muy resistente a la corrosi√≥n incluso a temperaturas de 2000 ¬į C. Otra similitud de estos dos metales en su origen extraterrestre. M√°s precisamente, el iridio en nuestro planeta es muy peque√Īo, por lo tanto, en alta concentraci√≥n se encuentra en lugares donde caen meteoritos.


Iridium (Ir)

El iridio es un metal bastante joven en el mundo científico, ya que fue descubierto en 1803 por el químico Smithson Tennant. Trabajó en platino con una mezcla de ácidos nítrico e clorhídrico, que tiene un nombre muy inusual: aqua regia. Y como queda claro por la composición de esta solución, después de usarla no se convertirá en un "maestro borracho", como Jackie Chan en la película del mismo nombre, sino más bien un maestro muerto. Porque la palabra "vodka" originalmente significaba agua corriente y solo después del siglo XIV comenzó a usarse para significar una bebida alcohólica.

Con la ayuda del vodka real, el Sr. Tennant pudo obtener en forma pura las impurezas que estaban en platino, a saber, osmio e iridio.

Como se mencion√≥ anteriormente, hay muy poco iridio: se extraen alrededor de 3 toneladas de este metal por a√Īo. A modo de comparaci√≥n, la extracci√≥n de plata, seg√ļn algunas fuentes, supera la marca de 27,000 toneladas por a√Īo.

Base de estudio

El estudio se basa en el método ya aplicado de tratamiento del cáncer (y algunos otros también): la terapia fotodinámica (PDT). Los personajes principales de este método son los fotosensibilizadores y la luz.
Fotosensibilizadores * : sustancias que aumentan la sensibilidad a la exposición a la luz en los tejidos biológicos.
Los sensibilizadores son bastante exigentes, es decir, se acumulan solo en aquellos tejidos que deben cambiarse para el procedimiento adicional de irradiación con luz.

Cuando la luz ingresa al tejido objetivo, se produce una reacción fotoquímica: el oxígeno del triplete molecular ( 3 O 2 ) se convierte en oxígeno singlete. Además, se forman radicales altamente activos. Juntos, esto conduce a la muerte de las células cancerosas.

Los cient√≠ficos citan la fotofrina y el √°cido aminolevul√≠nico como los fotosensibilizadores m√°s comunes en la terapia PDT. Sin embargo, en los √ļltimos a√Īos, se ha prestado cada vez m√°s atenci√≥n a los metales con un alto coeficiente de luminiscencia, ya que tienen propiedades fotoqu√≠micas y fotof√≠sicas inusuales y √ļtiles. Por ejemplo, TLD1433 (rutenio) para el tratamiento de PDT para la vejiga y WST11 (paladio) para el tratamiento de los vasos sangu√≠neos.

Resultados de la investigación

Entonces, ¬Ņpor qu√© no usar iridio, pensaron los cient√≠ficos? Pero primero necesita un mecanismo que permita utilizar este metal. El paciente no tomar√° iridio por v√≠a oral, como las tabletas normales. Y aqu√≠ la alb√ļmina s√©rica humana ( HSA ) est√° conectada al trabajo, que, debido a sus propiedades y cantidad (aproximadamente el 55% de todas las prote√≠nas de la sangre), es un excelente portador de diversas sustancias (en nuestro caso, medicinales). En pocas palabras, el CSA se puede usar para administrar medicamentos contra el c√°ncer en el √°rea deseada del cuerpo del paciente, lo cual ya se ha demostrado en estudios anteriores con osmio, rutenio y paladio.


Imagen No. 1

En nuestro estudio, los científicos crearon un complejo de organoiridio octaédrico funcionalizado con maleimida (III) Ir1 ( 1a ) en combinación con HSA. Este complejo (Ir1-HSA) resultó ser mucho más efectivo para aumentar la fosforescencia en comparación con Ir1 "puro", es decir, sin HSA.

En la oscuridad, Ir1-HSA es en gran medida no tóxico para las células ordinarias, pero exhibe una fuerte fototoxicidad hacia las células cancerosas y sus esferoides (formaciones celulares).

El Ir1 sintetizado fue estable durante 12 horas en la oscuridad y después de 1 hora de exposición a la luz azul. Fue necesario verificar el enlace carbono-carbono (C = C). Para esto, se hizo reaccionar un complejo de Ir1 y cisteína (Cys) en una relación molar de Cys: Ir1 - 2: 1 en [D6] DMSO / D2O a una temperatura de 298 K durante 30 minutos. Como resultado de la resonancia magnética de protones, los científicos encontraron que el valor máximo de los protones de vinilo de los grupos maleimida es de alrededor de 6.62 ppm (millonésimas de una parte). Con la adición de cisteína, los picos desaparecieron, pero luego reaparecieron ya en el rango de 2.9 ... 3.9 ppm. Los científicos atribuyen esto a la conjugación de cisteína.

Luego, los cient√≠ficos verificaron si el tiol libre Cys34 de HSA puede reaccionar con C = C. Para esto, se incubaron 30 őľM (micromol) Ir1 con HSA (0-120 őľM) durante 1 hora. Adem√°s, los productos de reacci√≥n resultantes se separaron usando cromatograf√≠a l√≠quida de alto rendimiento en fase inversa (RP-HPLC).

Cuando la HSA alcanz√≥ 120 őľM, el pico de Ir1 desapareci√≥ por completo (relaci√≥n de HSA: Ir1 = 4: 1). Por lo tanto, el contenido de tiol (SH) fue de 0.27 ¬Ī 0.1 mol de SH por 1 mol de HSA ( 1 s ). En consecuencia, la concentraci√≥n de grupos SH libres de HSA 120 őľM es 32.4 ¬Ī 1.2 őľM. Con este indicador, se produce una reacci√≥n con 30 őľM de Ir1, lo que lleva a la aparici√≥n de un aducto (conexi√≥n directa de mol√©culas) Ir1 y HSA en una proporci√≥n 1: 1.

El Ir1 puro no exhibió radiación fuerte en solución acuosa, en contraste con el complejo Ir1-HSA ( 1d ). Cuanto mayor es la concentración de HSA, más fuerte se vuelve la fosforescencia de Ir1 ( 1e ).


Imagen No. 2

Para eliminar los grupos tiol libres de HSA, se a√Īadi√≥ cistina 100 őľM por d√≠a a la soluci√≥n a una temperatura de 277 K. El producto resultante se combin√≥ con Ir1 durante 30 minutos. Las observaciones mostraron una disminuci√≥n significativa en la fosforescencia. En el caso del conjugado HSA-Cys34 e Ir1 ( 2a ), la situaci√≥n era opuesta, y esto sugiere que el Thysol Cys34 libre es el enlace de conexi√≥n (m√°s precisamente, el dominio de uni√≥n) para Ir1.

Ahora era necesario estudiar el CSA con m√°s detalle, analiz√°ndolo en sus componentes. La alb√ļmina s√©rica humana tiene una cadena de 585 residuos de amino√°cidos, entre los cuales los cient√≠ficos necesitan encontrar exactamente aquellos que mejoren la luminiscencia de Ir1. Para esto, se realiz√≥ un an√°lisis luminiscente de la interacci√≥n de Ir1 con varios amino√°cidos ( 2b y 2c ). Y como podemos ver en el gr√°fico 2b , el l√≠der entre los amino√°cidos con un margen enorme es la histidina (His), que aumenta la luminiscencia de Ir1 en 37 veces.

Al comprender un poco qué y cómo funciona dentro de los componentes constitutivos del complejo Ir1-HSA, los científicos cambiaron a la aplicación práctica, es decir, a los experimentos.

Primero, se diluyeron 0,4 milimoles de Ir1 en 20 ml de MeOH: H2O, se a√Īadieron 0,4 milimoles de HSA y se agit√≥ durante 1 hora. Luego se us√≥ microscop√≠a confocal para investigar la distribuci√≥n de Ir1-HSA en c√©lulas vivas de c√°ncer de pulm√≥n (A549).

Ya despu√©s de 30 minutos, Ir1-HSA se concentr√≥ principalmente en el citoplasma de las c√©lulas cancerosas. A los 60-120 minutos del inicio de la incubaci√≥n, el complejo penetr√≥ en los n√ļcleos de las c√©lulas cancerosas.


Imagen 3: Microscopía confocal de células de cáncer de pulmón A549.

Sin embargo, vale la pena se√Īalar que no todo el complejo penetr√≥ en los n√ļcleos de las c√©lulas cancerosas, sino solo Ir1. Una prueba de inmunofluorescencia mostr√≥ que HSA simplemente estaba ausente en los n√ļcleos de las c√©lulas expuestas a Ir1.


Imagen No. 4: análisis de inmunofluorescencia de la presencia de HSA en células de cáncer de pulmón.

Pero la HSA no desaparece sin dejar rastro, simplemente permanece en el citoplasma y en la membrana del n√ļcleo de la c√©lula cancerosa. Resulta que el HSA cumple plenamente su funci√≥n: entreg√≥ Ir al n√ļcleo de la c√©lula y se qued√≥ afuera.


Imagen No. 5: rendimiento cu√°ntico y vida √ļtil de la fosforescencia Ir1 y el complejo Ir1-HSA.

Los cient√≠ficos tambi√©n verificaron el rendimiento cu√°ntico (exagerado, fuerza) y la vida √ļtil de la fosforescencia Ir1 (por s√≠ misma) y el complejo Ir1-HSA.

El rendimiento cu√°ntico de Ir1 fue muy peque√Īo (solo 0.001), y la vida √ļtil a una temperatura de 298 K fue de 182.7 nanosegundos ( 5a ). Pero el rendimiento cu√°ntico de Ir1-CSA ya era 0.036, y la vida √ļtil fue de 871.8 ns. Esta duraci√≥n de la fosforescencia contribuye a la generaci√≥n de ox√≠geno singlete ( 1 O 2 ).

La espectroscopía de resonancia paramagnética de electrones usando 2,2,6,6-tetrametilpiperidina como trampa de rotación ayudó a detectar la generación de 1O2 en Ir1 puro y en el complejo Ir1-HSA tras la irradiación a 465 nm durante 20 minutos ( 5b ). Como se esperaba, el rendimiento cuántico de 1O2 de Ir1-HSA fue significativamente mayor (0.83) que el de Ir1 (0.06).

También fue necesario verificar el grado de efecto de Ir1-HSA e Ir1 en las células cancerosas y en las sanas. Se utilizaron tres opciones como células cancerosas: cáncer de pulmón A549, hepatoma Hep-G2 y cáncer de pulmón resistente a cisplatino A549R. Como células sanas, se utilizaron MRC-5 (pulmones) y LO2 (hígado). El experimento se llevó a cabo en dos variaciones de iluminación: oscuridad completa durante todo el experimento y luz azul.

Las células se incubaron con Ir1 o Ir1-HSA durante 2 horas, se lavaron con perborato de sodio y se irradiaron con luz azul durante 20 minutos, o se dejaron en la oscuridad (segunda versión del experimento). Después de esto, las células se restauraron en 46 horas.

El efecto de Ir1 sobre las c√©lulas A549 en la oscuridad (89,6 őľM) y bajo iluminaci√≥n (53,3 őľM) estaba pr√°cticamente ausente.


Tabla de los efectos de Ir1 e Ir1-HSA en las c√©lulas cancerosas: cuanto mayor es el n√ļmero, menor es la exposici√≥n (es decir, m√°s c√©lulas cancerosas permanecen ilesas).

Pero Ir1-CSA mostró resultados muy diferentes. En la oscuridad, el complejo de prueba no afectó a las células cancerosas de ninguna manera, pero cuando se iluminó, su citotoxicidad aumentó significativamente. Resultados similares, como vemos en la tabla anterior, Ir1 e Ir1-HSA mostraron en relación con otras células cancerosas. Al mismo tiempo, las células sanas en la oscuridad y bajo iluminación no se vieron afectadas por Ir1 e Ir1-HSA.

Finalmente, los científicos realizaron un análisis de especies reactivas de oxígeno (ROS) dentro de las células después de la exposición a la luz. En la oscuridad, como se esperaba, no se detectaron ROS. Pero en las células que se sometieron a irradiación de luz después de la aplicación de Ir1-HSA, se detectaron ROS ( 5c ).

Para un conocimiento más detallado del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos y los materiales adicionales .

Epílogo

Con este estudio, los cient√≠ficos no intentaron inventar una bicicleta en forma de metales raros en la terapia fotodin√°mica, porque ya se hab√≠a hecho antes con osmio y paladio. Sin embargo, nadie ha intentado usar iridio, que los investigadores decidieron arreglar. Su trabajo no fue in√ļtil, ya que el iridio mostr√≥ excelentes resultados en la lucha contra las c√©lulas cancerosas de varios tipos, sin afectar las saludables.

Las enfermedades oncol√≥gicas son una de las m√°s comunes y se cobran millones de vidas cada a√Īo. La invenci√≥n de nuevos m√©todos para combatir esta dolencia y la mejora de los existentes deber√≠an y continuar√°n. Por supuesto, todav√≠a estamos lejos de una victoria total sobre el c√°ncer, pero los cient√≠ficos de todo el mundo contin√ļan luchando en los laboratorios, como millones de pacientes en las salas.

No olvide también los factores que conducen a la aparición de cáncer. Algunos de ellos (ecología, malos hábitos, etc.) pueden ser completamente eliminados por una persona.

Viernes fuera del tema:

Nadie en su sano juicio se regocijar√° en oncolog√≠a. Tales diagn√≥sticos hacen que te rindas y te olvides de todo. Pero nunca debes rendirte. Si no peleas, el diagn√≥stico definitivamente prevalecer√°. Pero si luchas contra la enfermedad, siempre existe la posibilidad de vencerla. Entonces, ¬Ņpor qu√© no aprovechar esta oportunidad?

Gracias por mirar, mantén la curiosidad y que tengan un gran fin de semana, muchachos.


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Source: https://habr.com/ru/post/439308/


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