Kill Cancer: Iridium, Human Serum Albumin, dan Some Blue Light

Salah satu pahlawan Marvel paling terkenal selalu dan akan dianggap Logan, alias Wolverine. Dan fitur apa dari tubuhnya yang terlintas dalam pikiran pertama, selain tentu saja regenerasi dengan kecepatan Flash? Dalam satu kata - adamantium. Logam langka ini memiliki sifat unik, hampir tidak mungkin dihancurkan, dan pemrosesan membutuhkan banyak usaha. Substansi fiksi ini memiliki beberapa padanan dalam realitas kita, yang juga memiliki sifat yang sangat spesifik. Di antara mereka, iridium layak mendapat perhatian khusus dari para ilmuwan. Logam ini hampir tidak dapat membuat pahlawan super dari orang yang sederhana, tetapi ia tahu cara menghancurkan sel kanker (Deadpool tidak akan menolak hal seperti itu). Bagaimana para ilmuwan sampai pada kesimpulan ini: seberapa efektif iridium dalam perang melawan kanker dan seperti apa masa depannya dalam onkologi? Selami laporan kelompok belajar untuk mendapat jawaban. Ayo pergi.

Ilmu logam

Iridium (Ir) adalah logam transisi yang sangat padat dari kelompok platinum. Seperti adamantium fiksi, iridium sangat tahan terhadap korosi bahkan pada suhu 2000 ° C. Kesamaan lain dari kedua logam ini dalam asal mereka di luar bumi. Lebih tepatnya, iridium di planet kita sangat kecil, oleh karena itu, dalam konsentrasi tinggi ditemukan di tempat-tempat di mana meteorit jatuh.


Iridium (Ir)

Iridium adalah logam yang cukup muda di dunia ilmiah, karena ditemukan pada tahun 1803 oleh ahli kimia Smithson Tennant. Dia mengerjakan platinum dengan campuran asam nitrat dan asam klorida, yang memiliki nama yang sangat tidak biasa - aqua regia. Dan seperti yang jelas dari komposisi solusi ini, setelah menggunakannya Anda tidak akan menjadi "master mabuk", seperti Jackie Chan dalam film dengan nama yang sama, melainkan seorang master mati. Untuk kata "vodka" awalnya berarti air putih dan hanya setelah abad XIV itu mulai digunakan untuk berarti minuman beralkohol.

Dengan bantuan royal vodka, Tuan Tennant dapat memperoleh dalam bentuk murni pengotor yang ada di platinum, yaitu osmium dan iridium.

Seperti disebutkan sebelumnya, sangat sedikit iridium - sekitar 3 ton logam ini ditambang per tahun. Sebagai perbandingan, penambangan perak, menurut beberapa sumber, melebihi tanda 27.000 ton per tahun.

Dasar studi

Studi ini didasarkan pada metode yang sudah diterapkan untuk mengobati kanker (dan beberapa yang lain juga) - terapi fotodinamik (PDT). Karakter utama dari metode ini adalah photosensitizers dan cahaya.

Fotosensitizer * - zat yang meningkatkan sensitivitas terhadap paparan cahaya pada jaringan biologis.

Sensitizer cukup pilih-pilih, yaitu hanya terakumulasi dalam jaringan yang perlu diubah untuk prosedur iradiasi lebih lanjut dengan cahaya.

Ketika cahaya memasuki jaringan target, terjadi reaksi fotokimia - oksigen triplet molekul ( ³ O ₂ ) dikonversi menjadi oksigen singlet. Selain itu, radikal yang sangat aktif terbentuk. Bersama-sama, ini menyebabkan kematian sel kanker.

Para ilmuwan mengutip fotofrin dan asam aminolevulinic sebagai fotosensitizer paling umum dalam terapi PDT. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak perhatian telah diberikan pada logam dengan koefisien pendaran tinggi, karena mereka memiliki sifat fotokimia dan fotofisika yang tidak biasa dan berguna. Misalnya, TLD1433 (ruthenium) untuk pengobatan PDT untuk kandung kemih dan WST11 (paladium) untuk pengobatan pembuluh darah.

Hasil penelitian

Jadi mengapa tidak menggunakan iridium, pikir para ilmuwan. Tetapi pertama-tama Anda membutuhkan mekanisme yang memungkinkan logam ini digunakan. Pasien tidak akan minum iridium secara oral, seperti tablet biasa. Dan di sini human serum albumin ( HSA ) terhubung ke pekerjaan, yang, karena sifat dan kuantitasnya (sekitar 55% dari semua protein darah), merupakan pembawa berbagai zat yang sangat baik (dalam kasus kami, obat-obatan). Sederhananya, CSA dapat digunakan untuk memberikan obat antikanker ke area yang diinginkan dari tubuh pasien, yang telah ditunjukkan dalam penelitian sebelumnya menggunakan osmium, ruthenium, dan paladium.


Gambar No. 1

Dalam penelitian kami, para ilmuwan menciptakan kompleks organ1-iridium (III) octahedral yang difungsikanimimida (III) yang dikombinasikan dengan HSA. Kompleks ini (Ir1-HSA) ternyata jauh lebih efektif dalam meningkatkan fosforesensi dibandingkan dengan Ir1 "murni", yaitu, tanpa HSA.

Dalam gelap, Ir1-HSA sebagian besar tidak beracun bagi sel-sel biasa, tetapi menunjukkan foto-sitotoksisitas yang kuat terhadap sel-sel kanker dan spheroids mereka (formasi sel).

Ir1 yang disintesis stabil selama 12 jam dalam gelap dan setelah 1 jam terpapar dengan cahaya biru. Itu perlu untuk memeriksa ikatan karbon-karbon (C = C). Untuk ini, kompleks Ir1 dan sistein (Cys) direaksikan dalam rasio molar Cys: Ir1 - 2: 1 di [D6] DMSO / D ₂ O pada suhu 298 K selama 30 menit. Sebagai hasil dari resonansi magnetik proton, para ilmuwan menemukan nilai puncak proton vinil dari kelompok-kelompok maleimide sekitar 6,62 ppm (sepersejuta bagian). Dengan penambahan sistein, puncaknya menghilang, tetapi kemudian muncul kembali sudah di kisaran 2,9 ... 3,9 ppm. Para ilmuwan menghubungkan ini dengan konjugasi sistein.

Selanjutnya, para ilmuwan memeriksa apakah tiol bebas Cys34 dari HSA dapat bereaksi dengan C = C. Untuk ini, 30 μM (mikromol) Ir1 diinkubasi dengan HSA (0-120 μM) selama 1 jam. Selanjutnya, produk reaksi yang dihasilkan dipisahkan menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi fase terbalik (RP-HPLC).

Ketika HSA mencapai 120 μM, puncak Ir1 benar-benar menghilang (rasio HSA: Ir1 = 4: 1). Dengan demikian, konten tiol (SH) adalah 0,27 ± 0,1 mol SH per 1 mol HSA ( 1 s ). Akibatnya, konsentrasi kelompok SH bebas dari 120 μM HSA adalah 32,4 ± 1,2 μM. Dengan indikator ini, reaksi terjadi dengan 30 μM Ir1, yang mengarah ke penampilan aduk (koneksi langsung molekul) Ir1 dan HSA dalam rasio 1: 1.

Ir1 murni tidak menunjukkan radiasi yang kuat dalam larutan air, berbeda dengan kompleks Ir1-HSA ( 1d ). Semakin tinggi konsentrasi HSA, semakin kuat pula fosforensi Ir1 itu sendiri ( 1e ).


Gambar No. 2

Untuk menghilangkan gugus tiol bebas dari HSA, 100 μM sistin per hari ditambahkan ke larutan pada suhu 277 K. Produk yang dihasilkan digabungkan dengan Ir1 selama 30 menit. Pengamatan menunjukkan penurunan yang signifikan dalam fosfor. Dalam kasus konjugat HSA-Cys34 dan Ir1 ( 2a ), situasinya berlawanan, dan ini menunjukkan bahwa itu adalah Thysol Cys34 bebas yang merupakan tautan penghubung (lebih tepatnya, domain pengikatan) untuk Ir1.

Sekarang perlu mempelajari CSA secara lebih rinci, menganalisisnya menjadi komponen-komponennya. Albumin serum manusia memiliki satu rantai 585 residu asam amino, di antaranya para ilmuwan perlu menemukan persisnya yang meningkatkan pendaran Ir1. Untuk ini, analisis luminescent dari interaksi Ir1 dengan berbagai asam amino ( 2b dan 2c ) telah dilakukan. Dan seperti yang dapat kita lihat pada grafik 2b , pemimpin di antara asam amino dengan margin yang besar adalah histidin (miliknya), yang meningkatkan pendaran Ir1 sebanyak 37 kali.

Memiliki sedikit pemahaman tentang apa dan bagaimana cara kerjanya di dalam komponen penyusun kompleks Ir1-HSA, para ilmuwan beralih ke aplikasi praktis, yaitu, untuk eksperimen.

Pertama, 0,4 milimol Ir1 diencerkan dalam 20 ml MeOH: H2O, 0,4 milimol HSA ditambahkan dan diaduk selama 1 jam. Mikroskopi konfokal kemudian digunakan untuk menyelidiki distribusi Ir1-HSA dalam sel kanker paru-paru yang masih hidup (A549).

Sudah setelah 30 menit, Ir1-HSA sebagian besar terkonsentrasi di sitoplasma sel kanker. Pada 60-120 menit dari awal inkubasi, kompleks tersebut menembus ke dalam inti sel kanker.


Gambar 3: Mikroskopi konfokal dari sel kanker paru A549.

Namun, perlu dicatat bahwa tidak seluruh kompleks menembus ke dalam inti sel kanker, tetapi hanya Ir1. Tes imunofluoresensi menunjukkan bahwa HSA benar-benar tidak ada dalam inti sel yang terpapar Ir1.


Gambar No. 4: analisis imunofluoresensi kehadiran HSA dalam sel kanker paru-paru.

Tetapi HSA tidak hilang tanpa jejak, itu hanya tetap di sitoplasma dan di membran inti sel kanker. Ternyata HSA sepenuhnya memenuhi fungsinya: dia mengirim Ir ke inti sel, dan dia tetap berada di luar.


Gambar No. 5: hasil kuantum dan masa hidup fosforensi Ir1 dan kompleks Ir1-HSA.

Para ilmuwan juga memeriksa hasil kuantum (berlebihan, kekuatan) dan masa hidup fosforensi Ir1 (dengan sendirinya) dan kompleks Ir1-HSA.

Hasil kuantum Ir1 sangat kecil (hanya 0,001), dan masa pakai pada suhu 298 K adalah 182,7 nanodetik ( 5a ). Tetapi hasil kuantum Ir1-CSA sudah 0,036, dan masa hidup adalah 871,8 ns. Durasi fosfororesensi ini berkontribusi pada pembentukan oksigen singlet ( ¹ O ₂ ).

Spektroskopi resonansi paramagnetik elektron menggunakan 2,2,6,6-tetramethylpiperidine sebagai trap trap membantu mendeteksi generasi 1O2 dalam Ir1 murni dan dalam kompleks Ir1-HSA pada iradiasi pada 465 nm selama 20 menit ( 5b ). Seperti yang diharapkan, hasil kuantum 1O2 dari Ir1-HSA secara signifikan lebih tinggi (0,83) daripada Ir1 (0,06).

Itu juga perlu untuk memeriksa tingkat efek Ir1-HSA dan Ir1 pada sel kanker dan yang sehat. Tiga pilihan digunakan sebagai sel kanker: kanker paru-paru A549, hepatoma Hep-G2, dan kanker paru-paru tahan cisplatin A549R. Sebagai sel sehat, MRC-5 (paru-paru) dan LO2 (hati) digunakan. Percobaan dilakukan dalam dua variasi pencahayaan: gelap gulita sepanjang percobaan dan cahaya biru.

Sel diinkubasi dengan Ir1 atau Ir1-HSA selama 2 jam, dicuci dengan natrium perborate dan diiradiasi dengan cahaya biru selama 20 menit, atau dibiarkan dalam kegelapan (versi kedua percobaan). Setelah ini, sel-sel dipulihkan dalam waktu 46 jam.

Efek Ir1 pada sel A549 dalam gelap (89,6 μM) dan di bawah pencahayaan (53,3 μM) praktis tidak ada.


Tabel efek Ir1 dan Ir1-HSA pada sel kanker: semakin besar angkanya, semakin sedikit paparan (mis. Semakin banyak sel kanker yang tidak terluka).

Tetapi Ir1-CSA menunjukkan hasil yang sangat berbeda. Dalam gelap, kompleks uji tidak mempengaruhi sel kanker dengan cara apa pun, tetapi ketika diterangi, sitotoksisitasnya meningkat secara signifikan. Hasil yang serupa, seperti yang kita lihat dari tabel di atas, Ir1 dan Ir1-HSA menunjukkan dalam kaitannya dengan sel kanker lainnya. Pada saat yang sama, sel-sel sehat dalam gelap dan di bawah penerangan tidak terpengaruh oleh Ir1 dan Ir1-HSA.

Akhirnya, para ilmuwan melakukan analisis spesies oksigen reaktif (ROS) di dalam sel setelah paparan cahaya. Dalam gelap, seperti yang diharapkan, tidak ada ROS yang terdeteksi. Tetapi dalam sel yang mengalami iradiasi ringan setelah penerapan Ir1-HSA, ROS terdeteksi ( 5c ).

Untuk seorang kenalan yang lebih terperinci dengan penelitian ini, saya sangat menyarankan agar Anda melihat laporan para ilmuwan dan materi tambahan untuk itu.

Epilog

Dengan penelitian ini, para ilmuwan tidak mencoba untuk menciptakan sepeda dalam bentuk penggunaan logam langka dalam terapi fotodinamik, karena sudah dilakukan sebelumnya dengan osmium dan paladium. Namun, belum ada yang mencoba menggunakan iridium, yang para peneliti memutuskan untuk memperbaikinya. Pekerjaan mereka tidak sia-sia, karena iridium menunjukkan hasil yang sangat baik dalam memerangi berbagai jenis kanker, sementara tidak mempengaruhi yang sehat.

Penyakit onkologis adalah salah satu yang paling umum, merenggut jutaan nyawa setiap tahun. Penemuan metode baru untuk memerangi penyakit ini dan perbaikan yang sudah ada harus dan akan terus berlanjut. Tentu saja, kita masih jauh dari kemenangan total atas kanker, tetapi para ilmuwan di seluruh dunia melanjutkan perjuangan mereka di laboratorium, seperti jutaan pasien di bangsal.

Jangan juga melupakan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya kanker. Beberapa di antaranya (ekologi, kebiasaan buruk, dll.) Dapat sepenuhnya dihilangkan oleh seseorang.



Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami temukan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps hingga musim semi gratis ketika membayar selama setengah tahun, Anda dapat memesan di sini .

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?