Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Porfiryny - czyli co mają wspólnego wampiry z leczeniem raka
Porfiryny - czyli co mają wspólnego wampiry z leczeniem raka
Porfiryny to makrocykliczne związki aromatyczne, zawierające 18 elektronów zdelokalizowanych π. Są to związki zazwyczaj nierozpuszczalne w wodzie, jednak po wprowadzeniu do nich odpowiednich podstawników mogą się w niej rozpuszczać, zachowując swoje wszystkie charakterystyczne właściwości. Ich niesamowite i niecodzienne właściwości zostały odkryte, gdy naukowcy poszukiwali lekarstwa na porfirię. Porfirycy – osoby cierpiące na porfirię – uważani są dziś za pierwowzór wampirów.

 

Wampiry kojarzą się nam przede wszystkim z bladością skóry, unikaniem przez nich światła, wysysaniem krwi z innych osób, osikowym kołkiem czy ząbkiem czosnku, który ma nas przed nimi chronić.


Większość historii o wampirach to czysta fikcja literacka lub legenda przekazywana z ust do ust. Analizując te opowieści, poszukując w nich elementów prawdy, odkryto, że pierwowzorami wampirów mogli być ludzie chorzy na porfirię – dosyć rzadką kiedyś chorobę.


Terminem porfiria określa się grupę chorób, w której dochodzi do zaburzeń metabolizmu porfiryn – związków chemicznych występujących w większości komórek organizmów żywych. W połączeniu z metalami, stają się one źródłem takich związków jak chlorofil, który występuje w zielonych częściach roślin, czy hem we krwi. W porfirii występują zakłócenia produkcji porfiryn. Dochodzi też do ich nieprawidłowego nagromadzenia się.


Objawy porfirii zależą od wielu czynników – najczęstszymi objawami są: ból brzucha, halucynacje, lęk, utrata czucia. W niektórych przypadkach choroba ta może prowadzić do karykaturalnych zniekształceń twarzy, które nadają choremu odrażający wygląd, często porównywany do „żywego trupa”. Zdarza się także, że deformacji ulegają także nos, uszy, wargi, dziąsła. Oszpecona bliznami twarz nabiera przebarwień, a jednocześnie jest bardzo blada, co jest skutkiem rozwijającej się u chorego anemii. Ponieważ jednym ze sposobów leczenia anemii u chorych jest transfuzja krwi, niektórzy badacze utrzymują, że niegdyś owi porfirycy próbowali ją pić – choć nie znaleziono na to dowodów. Dodatkowo pierścień porfirynowy gromadzi energię pochodzącą ze światła, dlatego w ostrym przebiegu choroby zdarzało się, że chorzy, podczas przebywania na słońcu, doznawali oparzeń, wypadały im włosy. Ludzie z wrodzoną porfirią unikali więc światła, a także czosnku, gdyż jak się to później okazało, zawarte w nim związki chemiczne nasilały objawy tej choroby.

 

Porfiryny – budowa i właściwości fizykochemiczne
Porfiryny należą do makrocyklicznych związków aromatycznych, które zawierają 18 zdelokalizowanych elektronów π. Ich podstawowym elementem budowy jest pierścień porfirynowy, złożony z czterech pierścieni pirolowych połączonych mostkami metinowymi =CH–. Porfiryna najczęściej występuje w połączeniach z dwoma podstawnikami, które mogą przyłączyć się w pozycje β i meso.


Porfiryny są nierozpuszczalne w wodzie. Gdy wprowadzi się odpowiednie podstawniki, możliwe jest ich rozpuszczenie w wodzie z jednoczesnym zachowaniem wszystkich właściwości charakterystycznych dla tej grupy związków. Charakterystycznymi właściwościami porfiryn są: silne powinowactwo do jonów metali – tworzenie fotochemiczna i potencjał utleniająco-redukujący, wynikający z budowy elektronowej. Kompleksy porfiryn z metalami nazywane są metaloporfirynami. Najbardziej rozpowszechnionymi z nich są: chlorofil – kompleks z magnezem, będący fotosensybilatorem procesu syntezy w zielonych częściach roślin, i hem – kompleks z żelazem, czerwony barwnik krwi odpowiedzialny za transport tlenu w organizmach zwierząt, a także witamina B12 – kompleks kobaltu. Porfiryny mają charakterystyczne widma absorpcji UV-Vis, w których można wyróżnić dwa charakterystyczne i intensywne pasma absorpcji: ostre pasmo Soreta w zakresie 390–425 nm (ε rzędu 105 –106) i 10-15 razy słabsze pasmo Q w zakresie 480-700 nm. Dla wolnych porfiryn pasmo Soreta ma cztery składowe, podczas gdy metaloporfiryny mają dwie lub trzy.


Fotodynamiczna terapia jako nowe światło dla medycyny
Szukając lekarstwa na porfirię, lekarze uświadomili sobie, że wywołujące je związki, choć w pewnych warunkach szkodliwe, mogą znaleźć zastosowanie w medycynie. Okazało się, że jeżeli umieści się porfirynę w obrębie tkanki dotkniętej zmianą nowotworową, można ją tak zaktywować, iż tkanka nowotworowa ulegnie zniszczeniu. Metoda ta została nazwana terapią fotodynamiczną – od ang. photodynamic therapy (PDT). Terapia fotodynamiczna może być wykorzystywana w praktyce do dwóch celów. Pierwszy rozpoznawanie nowotworów i drugi – niszczenie komórek nowotworowych w organizmie. W związku z tym PDT przeprowadza się w dwóch etapach.
Pierwszy etap to diagnostyka. Najpierw podaje się choremu preparat, będący pochodną związków porfirynowych, zwany inaczej fotouczulaczem lub fotosensybilizatorem. Jego cechą charakterystyczną jest zdolność do selektywnego kumulowania się w tkance nowotworowej. Fotouczulaczem jest zazwyczaj protoporfiryna – związek powstający z hemu bądź chlorofilu, po usunięciu z nich jonów metali.

Następnie wykorzystując promienie lasera lub specjalną lampę z filtrami o długości fali ok. 400 nm, naświetla się określoną część ciała. W konsekwencji przy tej długości fal następuje różowa luminescencja tkanki nowotworowej. Zjawisko to pozwala odróżnić ją od zdrowej tkanki, gdyż zdrowa tkanka daje zieloną luminescencję. Sposób ten umożliwia jednoznaczne określenie lokalizacji, wielkości i kształtu zmiany nowotworowej. Silna luminescencja występuje najczęściej na obrzeżach nowotworu. Zaletą tego rodzaju diagnostyki jest to, iż pozwala ona także, wykorzystując obraz fluorescencyjny, zauważyć maleńkie skupiska nowotworowe (zdegenerowane komórki), które wyglądają jak niewielkie kropeczki i mogą być już źródłem przerzutów.


Drugi etap – leczenie. Polega na tym, iż miejsce, w którym zlokalizowano nowotwór, ponownie zostaje naświetlone promieniami o długości ok. 632 nm. Jest to spowodowane tym, iż przy takiej długości fali promienie są w stanie przeniknąć głębiej przez tkanki, a tym samym zniszczyć nowotwór. Zgromadzony w owych komórkach fotouczulacz produkuje w tkance czynniki toksyczne, które je niszczą. Mamy tu do czynienia, m.in. z wolnymi rodnikami, które rozpoczynają procesy chemiczne, prowadzące do niszczenia organelli komórkowych lub z tlenem singletowym. Oba przypadki prowadzą do planowanej śmierci komórki nowotworowej. Efekt fotodynamicznego niszczenia tkanki nowotworowej uzyskuje się poprzez procesy utleniania struktur błon komórkowych. Najwcześniejsze zmiany dotyczą naczyń krwionośnych, a stopień ich zamknięcia zależy przede wszystkim od dawki światła i stężenia fotouczulacza. W konsekwencji prowadzi to do niedotlenienia w obrębie guza i jego martwicy. Jak dotąd nie stwierdzono odporności na ten sposób leczenia i nawrotów w miejscach naświetlania. W bardziej zaawansowanej chorobie, podawanie fotouczulaczy i naświetlanie stosuje się kilkakrotnie. Metoda ta, mimo iż posiada wiele zalet, nie jest niestety sposobem na wyleczenie uogólnionej choroby nowotworowej.


Fotouczulacze
Fotouczulacze podaje się trzema sposobami: dożylnie – gdy nowotwór umiejscowiony jest w wewnątrz organizmu, domięśniowo – gdy jest on widoczny gołym okiem, przez śluzówkę – gdy stosuje się ją w leczeniu jamy ustnej czy też schorzeń ginekologicznych. Czas wchłaniania fotouczulacza przez organizm zależy od rodzaju nowotworu, jego umiejscowienia, a także od sposobu jego podania. W przypadku gdy fotosensybilizator podajemy dożylnie, absorpcja następuje zazwyczaj do 24 godzin, ale zależy od rodzaju tkanki, w której nowotwór się umiejscowił. W skórze proces ten trwa znacznie krócej (3-5 godzin), gdy w zdrowej skórze kumuluje się on od paru dni do kilku tygodni.

 

Zalety i wady fotodynamicznej terapii
Bardzo istotną zaletą tej metody są jej niewielkie skutki uboczne. Jednym z najczęściej występujących objawów jest nadwrażliwość skóry na światło, dlatego aby zminimalizować efekt skutków ubocznych, zaleca się pacjentowi ochronę przed promieniami słonecznymi. Fotosensybilizatory są nieszkodliwe, gdyż w większości przypadków produkowane są z naturalnych składników. Następnymi zaletami są także selektywność działania i niska inwazyjność, ponieważ terapia fotodynamiczna niszczy tylko chore tkanki, a nie jak ma to miejsce w przypadku chemio- czy radioterapii. Jest to bardzo istotne, głównie w przypadku nowotworów takich narządów jak mózg czy rdzeń kręgowy.


Mimo tak obiecujących na początku wyników, naukowcy natrafili na pewnego rodzaju przeszkody natury chemiczno-fizycznej. Okazało się, że metoda ta posiada istotne wady. Podczas szerszego stosowania terapii okazało się, iż wybiórcze powinowactwo porfiryn do komórek nowotworowych jest dość iluzoryczne. Związki te są bowiem pochłaniane przez wszystkie szybko rozwijające się tkanki, w tym także przez skórę, co prowadzi do działań niepożądanych, związanych z jej nadwrażliwością na światło. Drugi problemem to siła działania porfiryn. Pierwsze preparaty zawierały mieszaninę związków, przez co nie były dość silne, aby zniszczyć cały nowotwór.


Niektóre porfiryny nie przekazują efektywnie energii cząsteczkom tlenu, inne – wzbudzane są już przez światło o tak niskiej długości fali, że nie wystarcza ono, aby przeniknąć przez guza głębiej niż kilka milimetrów. Kolejnym problemem był fakt naturalnego występowania w tkankach pewnych barwników, takich jak hemoglobina czy melanina. Związki te również pochłaniają światło, przez co uniemożliwiają w mniejszym lub większym stopniu aktywację samych porfiryn. Ostatnim problemem są same porfiryny, które jeśli zgromadzą się w za dużym stężeniu w zewnętrznych warstwach guza, pochłoną całe światło, nie dopuszczając tym samym do zniszczenia głębiej położonych tkanek nowotworowych.


Przyszłość PDT – polski aspekt w badaniach
Problemy te rozwiązano w mniejszym bądź większym stopniu, dzięki pomocy i współpracy wielu dziedzin nauki, takich jak: chemia, fizyka, biologia. Udało się opracować syntetyczne porfiryny o większej sile działania, lepszej selektywności. Skonstruowano także nowe miniaturowe urządzenia, które zostały umieszczone w endoskopach.


W Polsce badania nad zastosowaniem PDT u pacjentów trwają już od 1986 r. Metoda ta jest obiecująca, jednak trwają prace nad oceną jej skuteczności. O opracowaniu związku, który może znacznie poprawić efektywność leczenia raka płuc i raka pęcherza za pomocą światła laserowego, powiadomili naukowcy z Politechniki Łódzkiej i z polskiej firmy farmaceutycznej. Nowy polski fotouczulacz uzyskiwany jest z pokrzywy. Ma on szansę poszerzyć możliwości zastosowania fototerapii w leczeniu raka. Dotychczasowe testy na zwierzętach wskazują bowiem, że pozwala on naświetlać komórki na głębokości 250 mm, a to umożliwia np. niszczenie trudnych w leczeniu, naciekających guzów pęcherza moczowego lub raka trzustki. Dzięki zastosowaniu nowego związku, przeżywalność zwierząt chorych na raka rosła od kilkunastu do 80% w stosunku do zwierząt nieleczonych. Było to zależne od rodzaju i stopnia zaawansowania guza. Udało się ponadto znacznie ograniczyć nawroty choroby. Ponieważ nowy fotouczulacz ma bardzo wybiórcze działanie, gromadzi się głównie w komórkach nowotworowych ryzyko zniszczenia komórek zdrowych w czasie naświetlania jest niskie. Dlatego terapia z fotouczulaczem z pokrzywy dawała mało skutków ubocznych – odnotowano głównie miejscowe podrażnienie i ból.

 

 

Źródła

1. Lane N., Nowe światło dla medycyny, Świat Nauki 2003/2, s. 58-65.
2. Nowak-Stępniowska A., Pergoł P., Padzik-Graczyk A., Metoda fotodynamiczna diagnostyki i leczenia nowotworów — mechanizmy i zastosowania, Postępy Biochemii 2013/59 (1), s. 53-63.
3. Kulbacka J., Saczko J., Chwiłkowska A., Ługowski M., Banaś T., Fototerapia jako alternatywna metoda leczenia nowotworów, Borgis – Medycyna Rodzinna 4/2008, s. 88-95.
4. Polacy opracowali obiecujący związek przeciwnowotworowy, materiały Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, http:// www.nauka.gov.pl/polskanauka/polacyopracowaliobiecujacyzwiazekprzeciwnowotworowy_16405,archiwum,1,akcja,print.html, [dostęp: 14.12.2016].

KOMENTARZE
news

<Maj 2017>

pnwtśrczptsbnd
2
3
4
Rekrutacja na Studia Doktoranckie
2017-05-04 do 2017-06-01
5
6
7
8
11
Seminarium Praktyczna Szkoła Barwy
2017-05-11 do 2017-05-11
14
17
18
20
21
22
Przygotowanie wytwórni do Inspekcji GMP
2017-05-22 do 2017-05-22
27
28
29
30
31
1
2
3
4
Newsletter