Efektem współpracy naukowców z Instytutu Biologii Medycznej PAN, Katedry Biofizyki Medycznej UŁ oraz Katedry Fizyki Molekularnej PŁ jest publikacja opisująca wyniki badań dotyczących ciekawej klasy materiałów (potocznie nazywanych trójwymiarowymi układami aromatycznymi) – karbonarów, i ich potencjalnego zastosowania w terapii nowotworowej.
Artykuł [K. Bednarska-Szczepaniak, K. Hałagan, M. Szwed, E. Przelazły, Z. J. Leśnikowski, “Quantum Chemical and Biological Insights into Redox Activity of Metallacarborane Complexes in Cancer Cells” został opublikowany w Journal of Chemical Information and Modeling 64, 6521-6541 (2024)]. JCIM to czasopismo naukowe wydawane przez American Chemical Society, o wysokim wskaźniku cytowań (ang. impact factor), indeksowane w wielu renomowanych bazach danych.
We wcześniejszych badaniach autorzy wykazali, że stan redoks w komórkach raka jajnika może być zaburzony po podaniu metalakarboranu zawierającego żelazo i uwrażliwiać oporne komórki nowotworowe na standardowe leki przeciwnowotworowe, takie jak preparaty platyny wykorzystywane w większości terapii raka. Wielolekowa oporność na leki zawierające platynę jest poważnym problemem dla pacjentów z nowotworami, dlatego poszukuje się nowych preparatów lub leków opartych na metalach.
artystyczna wizja komórki nowotworowej
Autorzy wykazali, że właściwości elektroniczne kompleksów jonów metali takich jak żelazo, kobalt czy chrom i karboranów wpływają na ich zdolność do przenikania przez błony komórek nowotworowych. Użyli metod chemii kwantowej, takich jak symulacje na poziomie atomowym (DFT) i pół-empiryczna dynamika molekularna, aby zrozumieć, jak te kompleksy zachowują się w różnych stanach utlenienia i redukcji oraz jak rotują wewnątrz cząsteczek.
Rotacje te są zależne od rodzaju jonu metalu i odpowiadają wychwytowi komórkowemu tych kompleksów in vitro. W szczególności kompleks z żelazem niskospinowym może działać jako nowy rodzaj substancji, która wzmacnia reakcje wolnorodnikowe w komórkach nowotworowych. Te reakcje prowadzą do wyczerpania energetycznego komórek rakowych, co ostatecznie powoduje śmierć komórki.
Wyniki te udało się potwierdzić eksperymentalnie na komórkach nowotworów jajnika. Wnioski płynące z przeprowadzonych badań mogą przyczynić się do zwiększenia skuteczności nowoczesnych metod walki z nowotworami.
Krzysztof Hałagan, Katedra Fizyki Molekularnej
Katarzyna Bednarska-Szczepaniak, Instytut Biologii Medycznej PAN
