Хабрахабр

Убить рак: иридий, человеческий сывороточный альбумин и немного синего света

А какая особенность его тела приходит на ум первой, помимо конечно регенерации со скоростью Флеша? Одним из самых известных супергероев Marvel всегда считался и будет считаться Логан, он же Росомаха. Этот редкий металл обладает уникальными свойствами, уничтожить его практически невозможно, а переработка занимает уйму сил. Одним словом — адамантий. Среди них особое внимание ученых заслужил иридий. У этого выдуманного вещества имеется несколько эквивалентов в нашей с вами реальности, которые также обладают весьма специфическими свойствами. Как ученые пришли к такому выводу, насколько эффективен иридий в борьбе с раком и каково его будущее в онкологии? Этот металл вряд ли может сделать из простого человека супер-героя, но вот раковые клетки уничтожать он умеет (Дэдпул бы не отказался от такого). Поехали. Нырнем в доклад исследовательской группы за ответами.

Металловедение

Как и вымышленный адамантий, иридий очень стойко переносит коррозию даже при температуре в 2000 °C. Иридий (Ir) это чрезвычайно твердый переходной металл из платиновой группы. Точнее сказать, иридия на нашей планете очень мало, посему в большой концентрации он встречается в местах падения метеоритов. Еще одно сходство этих двух металлов в их внеземном происхождении.


Иридий (Ir)

Он воздействовал на платину смесью из азотной и соляной кислот, которая имеет очень необычное название — царская водка. Иридий достаточно молодой металл в научном мире, так как был открыт в 1803 году химиком Смитсоном Теннантом. Ибо слово «водка» изначально обозначало простую воду и лишь после XIV века начало использоваться для обозначения алкогольного напитка. И как понятно из состава этого раствора, после его употребление вы не станете «пьяным мастером», как Джеки Чан в одноименном фильме, а скорее мертвым мастером.

С помощью царской водки мистер Теннант смог получить в чистом виде те примеси, которые были в платине, а именно осмий и иридий.

Для сравнения, добыча серебра по некоторым данным превышает отметку в 27000 тонн в год. Как уже было сказано ранее, иридия очень мало — в год добывается примерно 3 тонны этого металла.

Основа исследования

Основными героями этого метода являются фотосенсибилизаторы и свет. В основе исследования лежит уже применяемый на практике метод лечения онкологических заболеваний (и некоторых других также) — фотодинамическая терапия (ФДТ).

Фотосенсибилизаторы* — вещества, которые увеличивают чувствительность к световому воздействию у биологических тканей.

Сенсибилизаторы достаточно переборчивы, то есть накапливаются только в тех тканях, которые необходимо изменить для дальнейшей процедуры облучения светом.

Помимо этого образуются высокоактивные радикалы. Когда свет проникает в целевые ткани, происходит фотохимическая реакция — молекулярный триплетный кислород (3O2) преобразуется в синглетный. В совокупности это приводит к отмиранию раковых клеток.

Однако в последние годы все больше внимания уделяется металлам с высоким коэффициентом люминесценции, поскольку они обладают необычными и полезными фотохимическими и фотофизическими свойствами. Ученые приводят в пример фотофрин и аминолевулиновую кислоту, как самые распространенные фотосенсибилизаторы в ФДТ терапии. К примеру, TLD1433 (рутений) для ФДТ лечения мочевого пузыря и WST11 (палладий) для лечения сосудов.

Результаты исследования

Но для начала нужен механизм, который позволит применить этот металл. Так почему не использовать иридий, подумали ученые. И тут к работе подключается человеческий сывороточный альбумин (ЧСА), который за счет своих свойств и количества (порядка 55% от всех белков крови) является отличным переносчиком различных веществ (в нашем случае лекарственных). Не будет же пациент употреблять иридий перорально, как обычные таблетки. Проще говоря, ЧСА можно применить для доставки противораковых препаратов в необходимую область тела пациента, что уже было продемонстрировано в предыдущих исследованиях с применением осмия, рутения и палладия.


Изображение №1

Данный комплекс (Ir1-ЧСА) оказался значительно эффективнее в увеличении фосфоресценции в сравнении с «чистым» Ir1, то есть без ЧСА. В рассматриваемом нами исследовании ученые создали малеимид-функционализированный октаэдрический органо-иридиевый (III) комплекс Ir1 () в совокупности с ЧСА.

В темноте Ir1-ЧСА по большей степени не токсичен для обычных клеток, но проявляет сильную фото-цитотоксичность по отношению к раковым клеткам и их сфероидам (клеточным образованиям).

При этом необходимо было проверить углерод-углеродную связь (С=С). Синтезированный Ir1 проявлял стабильность в течение 12 часов в темноте и спустя 1 час облучения синим светом. В результате протонного магнитного резонанса ученые выяснили пиковый показатель виниловых протонов малеимидных групп на отметке в 6. Для этого была проведена реакция комплекса Ir1 и цистеина (Cys) в молярном соотношении Cys: Ir1 — 2:1 в [D6]DMSO/D2O при температуре 298 K в течение 30 минут. При добавлении цистеина пики исчезли, но потом вновь возникли уже в диапазоне 2. 62 ppm (миллионная доля). 9 ppm. 9…3. Ученые связывают это с конъюгацией цистеина.

Для этого 30 μM (микромолль) Ir1 инкубировали с ЧСА (0-120 μM) в течение 1 часа. Далее ученые проверили способен ли свободный тиол Cys34 из ЧСА вступать в реакцию с С=С. Далее полученные продукты реакций были разделены с помощью обращённо-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ).

Таким образом содержание тиола (SH) составило 0. При достижении ЧСА в 120 μM пик Ir1 исчезал полностью (соотношение ЧСА: Ir1 = 4:1). 1 моль SH на 1 моль ЧСА (). 27±0. 4±1. Следовательно, концентрация свободных SH-групп из 120 μM ЧСА составляет 32. При таком показателе возникает реакция с 30 μM Ir1, приводя к возникновению аддукта (прямого соединения молекул) Ir1 и ЧСА в соотношении 1:1. 2 μM.

Чем выше была концентрация ЧСА, тем сильнее становилась фосфоресценция самого Ir1 (). Чистый Ir1 не демонстрировал сильного излучения в водном растворе, в отличие от комплекса Ir1-ЧСА (1d).


Изображение №2

Полученный продукт соединили с Ir1 на 30 минут. Дабы удалить группы свободных тиолов из ЧСА в раствор было добавлено 100 μM цистина на сутки при температуре 277 K. В случае конъюгата ЧСА-Cys34 и Ir1 () ситуация была противоположной, а это говорит о том, что именно свободный тиол Cys34 является связующим звеном (правильнее говоря, доменом связывания) для Ir1. Наблюдения показали значительное снижение фосфоресценции.

Человеческий сывороточный альбумин имеет одну цепь из 585 аминокислотных остатков, среди которых ученым нужно было найти именно те, что усиливают люминесценцию Ir1. Теперь необходимо было более подробно изучить ЧСА, разобрав его на составляющие. И как мы можем видеть на графике 2b, лидером среди аминокислот с колоссальным отрывом стал гистидин (His), усиливающий люминесценцию Ir1 в 37 раз. Для этого был проведен люминесцентный анализ взаимодействия Ir1 с различными аминокислотами (2b и ).

Немного разобравшись в том, что и как работает внутри составных компонентов комплекса Ir1-ЧСА, ученые перешли к практическому применению, то есть к опытам.

4 миллимоль Ir1 разбавили в 20 мл MeOH:H2O, добавили 0. Сначала 0. Далее с помощью конфокальной микроскопии было исследовано распространение Ir1-ЧСА в живых клетках рака легких (A549). 4 миллимоль HSA и перемешивали в течение 1 часа.

На 60-120 минуте от начала инкубации, комплекс проникал в ядра клеток рака. Уже спустя 30 минут Ir1-ЧСА по большей степени концентрировался в цитоплазме раковых клеток.


Изображение №3: конфокальная микроскопия клеток рака легких A549.

Проверка иммунофлуоресцентным методом показала, что ЧСА просто отсутствует в ядрах клеток, попавших под воздействие Ir1. Однако стоит отметить, что не весь комплекс проникал в ядра раковых клеток, а только Ir1.


Изображение №4: иммунофлуоресцентный анализ наличия ЧСА в клетках рака легких.

Получается, что ЧСА полностью выполняет свою функцию: он доставил Ir до ядра клетки, а сам остался снаружи. Но ЧСА не исчезает бесследно, он просто остается в цитоплазме и в мембране ядра клетки рака.


Изображение №5: квантовый выход и время жизни фосфоресценции Ir1 и комплекса Ir1-ЧСА.

Ученые также проверили квантовый выход (утрировано, силу) и время жизни фосфоресценции Ir1 (самого по себе) и комплекса Ir1-ЧСА.

001), а время жизни при температуре 298 K составило 182. Квантовый выход Ir1 был очень мал (всего лишь 0. А вот у Ir1-ЧСА квантовый выход был уже 0. 7 наносекунд (). 8 нс. 036, а время жизни — 871. Такая продолжительность фосфоресценции отлично способствует генерации синглетного кислорода (1 O2).

Как и ожидалось, квантовый выход 1O2 у Ir1-ЧСА был значительно выше (0. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса с использованием 2,2,6,6-тетраметилпиперидина в качестве спиновой ловушки помогла обнаружить генерацию 1O2 в чистом Ir1 и в комплексе Ir1-ЧСА при иррадиации в 465 нм в течение 20 минут (5b). 06). 83), чем у Ir1 (0.

В качестве раковых клеток выступило три варианта: рак легких A549, гепатома Hep-G2 и устойчивый к цисплатину рак легких A549R. Также необходимо было проверить степень воздействия Ir1-ЧСА и Ir1 на раковые клетки и на здоровые. Эксперимент проводился в двух вариациях освещения: полная темнота на протяжении всего опыта и синий свет. В качестве здоровых клеток использовались MRC-5 (легкие) и LO2 (печень).

После этого клетки восстанавливались в течение 46 часов. Клетки инкубировали Ir1 или Ir1-ЧСА в течение 2 часов, промывали с помощью пербората натрия и облучались синим светом в течение 20 минут либо оставляли в темноте (второй вариант опыта).

6 μM), и при освещении (53. Воздействие Ir1 на клетки A549 и в темноте (89. 3 μM) практически отсутствовало.

больше клеток рака остались невредимы).
Таблица воздействия Ir1 и Ir1-ЧСА на раковые клетки: чем больше число, тем меньше воздействия (т.е.

В темноте испытуемый комплекс никак не влиял на раковые клетки, но при освещении степень его цитотоксичности значительно возросла. А вот Ir1-ЧСА показал совсем иные результаты. При этом здоровые клетки и в темноте, и при освещении не были затронуты Ir1 и Ir1-ЧСА. Подобные результаты, как мы с вами видим из таблицы выше, Ir1 и Ir1-ЧСА показали и по отношению к другим раковым клеткам.

В темноте, как и ожидалось, никаких АФК обнаружено не было. Напоследок ученые провели анализ активных форм кислорода (АФК) внутри клеток после светового облучения. А вот в клетках, которые подвергались световому облучению после применения Ir1-ЧСА, АФК были обнаружены ().

Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Однако никто еще не пробовал использовать иридий, что исследователи и решили исправить. Данным исследованием ученые не пытались изобрести велосипед в виде применения редких металлов в фотодинамической терапии, ибо это уже было сделано ранее с осмием и палладием. Их труд не оказался бесполезен, так как иридий показал отличные результаты в борьбе с раковыми клетками разных типов, при этом не затрагивая здоровые.

Изобретение новых методов борьбы с этим недугом и совершенствование имеющихся должно и будет продолжаться. Онкологические заболевания — одни из самых распространенных, каждый год забирающих миллионы жизней. Конечно, нам пока еще далеко до тотальной победы над раком, но ученые по всему миру продолжают свою борьбу в лабораториях, как и миллионы больных в палатах.

Часть из них (экология, вредные привычки и т.д.) человеку вполне по силам ликвидировать. Не стоит также забывать и факторах, которые приводят к возникновению онкологических заболеваний.

Пятничный оффтоп:

Никто в здравом уме не обрадуется онкологии. Подобные диагнозы заставляют опустить руки и забыть обо всем. Но сдаваться никогда нельзя. Если не бороться, диагноз однозначно возьмет верх. А если же бороться с болезнью, всегда есть шанс на победу над ней. Так почему бы этот шанс не использовать?

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята.

Вам нравятся наши статьи? Спасибо, что остаётесь с нами. Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? Хотите видеть больше интересных материалов? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки? Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть