Mate o câncer: Irídio, albumina sérica humana e alguma luz azul

Um dos super-heróis mais famosos da Marvel sempre foi e será considerado Logan, também conhecido como Wolverine. E que característica do seu corpo vem à mente primeiro, além da regeneração com a velocidade do Flash? Em uma palavra - adamantium. Esse metal raro tem propriedades únicas, é quase impossível destruí-lo e o processamento exige muito esforço. Essa substância ficcional tem vários equivalentes em nossa realidade, os quais também têm propriedades muito específicas. Entre eles, o irídio mereceu atenção especial dos cientistas. Esse metal dificilmente pode transformar um super-herói em uma pessoa simples, mas ele sabe como destruir células cancerígenas (Deadpool não recusaria isso). Como os cientistas chegaram a essa conclusão: qual a eficácia do irídio na luta contra o câncer e qual é o seu futuro na oncologia? Mergulhe no relatório do grupo de estudo para obter respostas. Vamos lá

Ciência do metal

O irídio (Ir) é um metal de transição extremamente sólido do grupo da platina. Como o adamantium fictício, o irídio é muito resistente à corrosão, mesmo a temperaturas de 2000 ° C. Outra semelhança desses dois metais em sua origem extraterrestre. Mais precisamente, o irídio em nosso planeta é muito pequeno; portanto, em alta concentração, é encontrado em locais onde caem meteoritos.


Irídio (Ir)

O irídio é um metal relativamente jovem no mundo científico, desde que foi descoberto em 1803 pelo químico Smithson Tennant. Ele trabalhou em platina com uma mistura de ácidos nítrico e clorídrico, que tem um nome muito incomum - aqua regia. E como fica claro na composição desta solução, depois de usá-la, você não se tornará um "mestre bêbado", como Jackie Chan no filme de mesmo nome, mas um mestre morto. Pois a palavra "vodka" originalmente significava água pura e somente após o século XIV começou a ser usada para significar uma bebida alcoólica.

Com a ajuda da vodka real, o Sr. Tennant conseguiu obter de forma pura as impurezas que estavam na platina, a saber, ósmio e irídio.

Como mencionado anteriormente, há muito pouco irídio - cerca de 3 toneladas desse metal são extraídas por ano. Para comparação, a mineração de prata, segundo algumas fontes, excede a marca de 27.000 toneladas por ano.

Base de estudo

O estudo é baseado no método já aplicado de tratamento do câncer (e alguns outros também) - terapia fotodinâmica (TFD). Os personagens principais deste método são fotossensibilizadores e luz.

Fotossensibilizadores * - substâncias que aumentam a sensibilidade à exposição à luz em tecidos biológicos.

Os sensibilizadores são bastante exigentes, ou seja, acumulam-se apenas nos tecidos que precisam ser trocados para o procedimento posterior de irradiação com luz.

Quando a luz entra no tecido alvo, ocorre uma reação fotoquímica - o oxigênio trigêmeo molecular ( ³ O2) é convertido em oxigênio singlete. Além disso, radicais altamente ativos são formados. Juntos, isso leva à morte de células cancerígenas.

Os cientistas citam photofrin e ácido aminolevulínico como os fotossensibilizadores mais comuns na terapia PDT. No entanto, nos últimos anos, tem sido dada cada vez mais atenção aos metais com alto coeficiente de luminescência, uma vez que possuem propriedades fotoquímicas e fotofísicas incomuns e úteis. Por exemplo, TLD1433 (rutênio) para tratamento de PDT para a bexiga e WST11 (paládio) para o tratamento de vasos sanguíneos.

Resultados da pesquisa

Então, por que não usar irídio, os cientistas pensaram. Mas primeiro você precisa de um mecanismo que permita que esse metal seja usado. O paciente não tomará irídio por via oral, como comprimidos regulares. E aqui a albumina sérica humana ( HSA ) está ligada ao trabalho, que, devido às suas propriedades e quantidade (cerca de 55% de todas as proteínas do sangue), é um excelente transportador de várias substâncias (no nosso caso, medicinais). Simplificando, o CSA pode ser usado para administrar medicamentos anticâncer na área desejada do corpo do paciente, o que já foi demonstrado em estudos anteriores usando ósmio, rutênio e paládio.


Imagem Nº 1

Em nosso estudo, os cientistas criaram o complexo Ir1 ( 1a ) do organo-irídio octaédrico (III) funcionalizado com maleimida em combinação com HSA. Esse complexo (Ir1-HSA) mostrou-se muito mais eficaz no aumento da fosforescência em comparação com o Ir1 "puro", ou seja, sem HSA.

No escuro, o Ir1-HSA é amplamente não-tóxico para as células comuns, mas exibe forte foto-citotoxicidade em relação às células cancerígenas e seus esferóides (formações celulares).

O Ir1 sintetizado foi estável por 12 horas no escuro e após 1 hora de exposição à luz azul. Foi necessário verificar a ligação carbono-carbono (C = C). Para isso, reagiu-se um complexo de Ir1 e cisteína (Cys) na proporção molar de Cys: Ir1 - 2: 1 em [D6] DMSO / D2O, a uma temperatura de 298 K por 30 minutos. Como resultado da ressonância magnética de prótons, os cientistas descobriram o valor máximo dos prótons de vinil dos grupos maleimida em cerca de 6,62 ppm (milionésimos de ação). Com a adição de cisteína, os picos desapareceram, mas depois reapareceram já na faixa de 2,9 ... 3,9 ppm. Os cientistas atribuem isso à conjugação da cisteína.

Em seguida, os cientistas verificaram se o tiol livre Cys34 da HSA pode reagir com C = C. Para isso, 30 μM (micromol) de Ir1 foram incubados com HSA (0-120 μM) por 1 hora. Além disso, os produtos de reação resultantes foram separados usando cromatografia líquida de alta eficiência e fase reversa (RP-HPLC).

Quando a HSA atingiu 120 μM, o pico de Ir1 desapareceu completamente (proporção de HSA: Ir1 = 4: 1). Assim, o teor de tiol (SH) foi de 0,27 ± 0,1 mol de SH por 1 mol de HSA ( 1 s ). Consequentemente, a concentração de grupos SH livres de HSA de 120 μM é de 32,4 ± 1,2 μM. Com este indicador, ocorre uma reação com 30 μM de Ir1, levando ao aparecimento de um aduto (conexão direta de moléculas) Ir1 e HSA na proporção de 1: 1.

O Ir1 puro não exibiu forte radiação em solução aquosa, em contraste com o complexo Ir1-HSA ( 1d ). Quanto maior a concentração de HSA, mais forte se torna a fosforescência da própria Ir1 ( 1e ).


Imagem No. 2

A fim de remover os grupos tiol livres do HSA, 100 µM de cistina por dia foi adicionado à solução a uma temperatura de 277 K. O produto resultante foi combinado com Ir1 por 30 minutos. As observações mostraram uma diminuição significativa na fosforescência. No caso do conjugado HSA-Cys34 e Ir1 ( 2a ), a situação era oposta e isso sugere que é o Thysol Cys34 livre que é o elo de conexão (mais precisamente, o domínio de ligação) para Ir1.

Agora era necessário estudar o CSA em mais detalhes, analisando-o em seus componentes. A albumina sérica humana possui uma cadeia de 585 resíduos de aminoácidos, entre os quais os cientistas precisavam encontrar exatamente aqueles que aumentam a luminescência do Ir1. Para isso, foi realizada uma análise luminescente da interação do Ir1 com vários aminoácidos ( 2b e 2c ). E como podemos ver no gráfico 2b , o líder entre os aminoácidos com uma margem enorme é a histidina (His), que aumenta a luminescência de Ir1 em 37 vezes.

Tendo um pouco de compreensão sobre o que e como ele funciona dentro dos componentes constituintes do complexo Ir1-HSA, os cientistas mudaram para aplicações práticas, isto é, para experimentos.

Primeiro, 0,4 milimole de Ir1 foram diluídos em 20 ml de MeOH: H2O, 0,4 milimole de HSA foram adicionados e agitados por 1 hora. A microscopia confocal foi então usada para investigar a distribuição do Ir1-HSA nas células vivas do câncer de pulmão (A549).

Já após 30 minutos, o Ir1-HSA estava concentrado principalmente no citoplasma das células cancerígenas. Aos 60-120 minutos desde o início da incubação, o complexo penetrou nos núcleos das células cancerígenas.


Imagem 3: Microscopia confocal de células de câncer de pulmão A549.

No entanto, vale ressaltar que nem todo o complexo penetrou nos núcleos das células cancerígenas, mas apenas Ir1. Um teste de imunofluorescência mostrou que a HSA estava simplesmente ausente nos núcleos de células expostas ao Ir1.


Imagem No. 4: análise de imunofluorescência da presença de HSA em células de câncer de pulmão.

Mas o HSA não desaparece sem deixar vestígios, simplesmente permanece no citoplasma e na membrana do núcleo da célula cancerígena. Acontece que o HSA cumpre totalmente sua função: ele entregou Ir ao núcleo da célula e permaneceu do lado de fora.


Imagem No. 5: rendimento quântico e tempo de vida da fosforescência Ir1 e do complexo Ir1-HSA.

Os cientistas também verificaram o rendimento quântico (exagerado, força) e a vida útil da fosforescência Ir1 (por si só) e do complexo Ir1-HSA.

O rendimento quântico de Ir1 foi muito pequeno (apenas 0,001) e a vida útil a uma temperatura de 298 K foi de 182,7 nanossegundos ( 5a ). Mas o rendimento quântico Ir1-CSA já era de 0,036 e a vida útil era de 871,8 ns. Essa duração da fosforescência contribui para a geração de oxigênio singlete ( ¹ O ₂ ).

A espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica usando 2,2,6,6-tetrametilpiperidina como armadilha giratória ajudou a detectar a geração de 1O2 em Ir1 puro e no complexo Ir1-HSA após irradiação a 465 nm por 20 minutos ( 5b ). Como esperado, o rendimento quântico de 1O2 de Ir1-HSA foi significativamente maior (0,83) do que o de Ir1 (0,06).

Também foi necessário verificar o grau de efeito de Ir1-HSA e Ir1 em células cancerígenas e saudáveis. Três opções foram usadas como células cancerígenas: câncer de pulmão A549, hepatoma Hep-G2 e câncer de pulmão resistente à cisplatina A549R. Como células saudáveis, foram utilizados MRC-5 (pulmões) e LO2 (fígado). O experimento foi realizado em duas variações de iluminação: escuridão completa ao longo do experimento e luz azul.

As células foram incubadas com Ir1 ou Ir1-HSA por 2 horas, lavadas com perborato de sódio e irradiadas com luz azul por 20 minutos, ou deixadas no escuro (segunda versão do experimento). Depois disso, as células foram restauradas dentro de 46 horas.

O efeito do Ir1 nas células A549 no escuro (89,6 μM) e sob iluminação (53,3 μM) estava praticamente ausente.


Tabela dos efeitos de Ir1 e Ir1-HSA em células cancerígenas: quanto maior o número, menor exposição (isto é, mais células cancerígenas permaneceram ilesas).

Mas o Ir1-CSA mostrou resultados muito diferentes. No escuro, o complexo de teste não afetou as células cancerígenas, mas, quando iluminado, sua citotoxicidade aumentou significativamente. Resultados semelhantes, como podemos ver na tabela acima, mostraram Ir1 e Ir1-HSA em relação a outras células cancerígenas. Ao mesmo tempo, células saudáveis ​​no escuro e sob iluminação não foram afetadas por Ir1 e Ir1-HSA.

Finalmente, os cientistas realizaram uma análise das espécies reativas de oxigênio (ROS) dentro das células após a exposição à luz. No escuro, como esperado, nenhum ROS foi detectado. Porém, nas células submetidas à irradiação leve após a aplicação do Ir1-HSA, foram detectadas ROS ( 5c ).

Para um conhecimento mais detalhado do estudo, recomendo fortemente que você analise o relatório de cientistas e materiais adicionais .

Epílogo

Com este estudo, os cientistas não tentaram inventar uma bicicleta na forma de uso de metais raros na terapia fotodinâmica, porque já havia sido feito anteriormente com ósmio e paládio. No entanto, ninguém ainda tentou usar o irídio, que os pesquisadores decidiram corrigir. Seu trabalho não foi inútil, pois o irídio mostrou excelentes resultados no combate às células cancerígenas de vários tipos, sem afetar as saudáveis.

As doenças oncológicas são uma das mais comuns, levando milhões de vidas a cada ano. A invenção de novos métodos para combater essa doença e a melhoria das já existentes devem e continuarão. É claro que ainda estamos longe de uma vitória total sobre o câncer, mas cientistas de todo o mundo continuam sua luta nos laboratórios, como milhões de pacientes nas enfermarias.

Não se esqueça também dos fatores que levam à ocorrência de câncer. Alguns deles (ecologia, maus hábitos etc.) podem ser completamente eliminados por uma pessoa.



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