Resumen y descripción general del impacto biológico, influencia y efectos del nuevo fullereno de carbono en la salud celular; con el enfoque en una función antioxidante que resulta en efectos antienvejecimiento combinados con la prolongación de la vida. En particular, se centró en las funciones y resultados de varias propiedades curativas y en comportamientos tóxicos probados que se han informado para Fullerenos y sus derivadas en las publicaciones más recientes. La descripción general comienza con la historia del descubrimiento de fullereno y las propiedades, funciones y efectos más importantes de los fullerenos de carbono. Esto especialmente con respecto a las extensiones de vida útil humana debido a algunos efectos antioxidantes de los fullerenos C60. En comparación con los datos experimentales disponibles y el modelado teórico, se desarrollará una consideración y evaluación crítica. Se presta especial atención a una nueva hipótesis de que los fullerenos como donantes de protones (H +) en las mitocondrias en varias simulaciones del transporte de C60 a través de membranas de la bicapa lipídica, con su capacidad para absorber especies reactivas de oxígeno. Y su actividad de degradación puede actuar como desacopladores leves en la respiración mitocondrial. Uno de los problemas que hasta ahora ha complicado el uso de fullereno en la química medicinal ha sido su insolubilidad en el agua y los líquidos a base de agua. El informe creado aquí muestra qué derivados C60, sin embargo, permiten la solubilidad en el agua y cómo se utilizan otros portadores C60 para aplicaciones que promueven la salud. Dichos portadores son generalmente ésteres de glicerol grasos o ácidos grasos libres que permiten la solubilidad del fullereno C60 en aceites vegetales, a saber: aceites de oliva, girasol o maní. Estos resultados allanan el camino para el uso de ciertos derivados de fullereno de carbono en el agua, así como para aplicar el fullereno C60 clásico en aceites vegetales como vehículos en la entrega y la ingesta de fullereno para el uso oral y el desarrollo de la vacuna.
Lo esencial
La primera descripción del fullereno C60 como moléculas de carbono hueco fue en 1985. Desde entonces, ha aumentado altas esperanzas, particularmente con respecto a las posibles aplicaciones en el sector de la salud. En el sector médico-farmacéutico, el uso del fullereno C60 se usa como un medicamento independiente para el transporte (portador de medicamentos) de medicamentos o también se usa cada vez más en diagnóstico como agente de contraste o portador de marcadores en los procesos de imágenes modernas. La aplicación científica técnica fue otorgada el Premio Nobel de Química por químicos de los Estados Unidos e Inglaterra en 1996.
Estas esperanzas se basan en la estructura nanómetro única de las moléculas de carbono y sus capacidades químicas, así como en la posibilidad de diferentes modificaciones de moléculas en Fullerenos.
Los fullerenos a menudo parecen muy prometedores en inmunología. Se intercambian como medicamentos contra el VIH, como supresor de reacciones alérgicas y como supresor en la terapia del cáncer inmune específico.
Por lo tanto, es de gran interés tener más detalles de los fullerenos sobre los efectos en el sistema inmunitario del cuerpo: estos incluyen los efectos de los fullerenos en las células de la defensa inmune específica y su influencia en la liberación de citocinas. Además, la influencia en la diferente activación de células inmunocompetentes es de particular interés para mantener la salud.
Por primera vez, los fullerenos fueron descritos y calculados teóricamente en 1970 por el japonés eiji oosawa, eiji oosawa: (superaromaticidad). En: (Kagaku). 25, 1970, pp. 854-863 (japonés). Dado que esta investigación se publicó en japonés, se debe hacer referencia principalmente a la primera descripción de Buckminsterfullerene, también llamado C60 Fullerene, por Kroto, Curl y Smalley en 1985 [1].
Después del grafito y el diamante, los fullerenos son la modificación del tercer elemento del carbono. El homónimo es el arquitecto estadounidense Richard Buckminster Fuller, cuyas cúpulas construidas son muy similares a la estructura de los fullerenos C60.
En la naturaleza, los fullerenos ocurren solo en pequeñas cantidades como polvo marrón-negro con un brillo metálico. Sin embargo, también fueron encontrados, por ejemplo, en el carbón Shungite en Rusia. El fullereno más común es el C60 Fullerene. Consiste en 60 átomos de carbono dispuestos en 12 anillos pentagonales y 20 anillos hexagonales. Debido al hecho de que los pentágonos regulares no pueden describir un plano plano, los resultados de su disposición esférica. Describen un icosaedro truncado, que a menudo es la base para la producción de una pelota de fútbol.
Figura: C60 Fullerene
Fuente: Studera.com
Los átomos de carbono en el fullereno C60 son hibridados SP2 y, por lo tanto, contienen anillos aromáticos y, por lo tanto, tienen propiedades aromáticas particulares. Debido a la estructura esférica y a los átomos de carbono hibridado SP2, los fullerenos son fuertes carroñeros radicales porque tienen una gran cantidad de electrones en sus dobles enlaces conjugados, lo que condujo a la designación como una "esponja radical" [2].
Los fullerenos pueden ser conjugados exoédricos o endohédricos, es decir, agregar grupos moleculares fuera de la forma esférica o introducirlos dentro de la esfera [1].
Recientemente, los fullerenos C60 solubles en agua también se han utilizado para aplicaciones médicas-terapéuticas. Estos son fullerenos con la estructura básica C60, que son conjugadas exohédricas con grupos polares. Esto proporciona las propiedades polares de fullereno, una formación de centros de carga separados debido al cambio de carga en los grupos atómicos, lo que hace que un grupo atómico ya no sea electricamente neutral, y por lo tanto se vuelva soluble en agua. El momento dipolar eléctrico resultante es una medida de la polaridad de una molécula de fullereno y, por lo tanto, es decisivamente responsable de la respuesta y la captura de portadores de carga como los electrones, que son responsables del daño al tejido como radicales en el cuerpo.
El uso de fullerenos en medicina
Un requisito previo importante para el uso médico de nanopartículas como Fullerenos es su influencia y también la toxicidad en las células del cuerpo humano. Para cada forma modificada de la nanopartícula, la toxicidad explícita debe registrarse. Hay varios estudios y enfoques para fullerenos que no están de acuerdo [3]. Hay un acuerdo en la declaración de que la dosis hace el veneno. Otros factores que parecen tener un impacto en la toxicidad son: solubilidad en agua, tiempo de contacto / incubación, exposición a grupos de moléculas conjugado ligero y reactivo.
Por ejemplo, Sayes et al. [4] describió que los fullerenos C60 no modificados tuvieron un efecto citotóxico en los fibroblastos y los astrocitos humanos después de 48 horas de incubación, pero por otro lado este efecto citotóxico podría reducirse o prevenirse después de unir las cadenas laterales al marco de carbono. Yamawaki e Iwai demostró que la concentración de fullerenos tiene un impacto en la toxicidad utilizando células endoteliales, que se enfrentaron con hidroxi-c60 en una concentración de 100 μg/ml [5]. Las concentraciones más bajas no tuvieron ningún efecto en las células. Chen et al. También mostró que la citotoxicidad depende de la concentración. Según su descripción, la administración oral no tuvo ningún efecto en los animales experimentales en los experimentos en la rata. [6].
Zhao et al. pudieron mostrar sobre la base de dos fullerenos (C60 e Hydroxilated C60) que produjeron radicales de oxígeno libres bajo radiación UV [7]. Para hacer esto, incubaron los queratinocitos humanos con los fullerenos y luego los irradiaron con radiación UV. El fullereno C60 puro fue 60 veces más fototóxico para los queratinocitos humanos que el Fullereno C60 hidroxilado.
La presencia de nadh -enzimas (nicotinamiDadenindinukleótida), más precisamente llamada coenzima Nadh Q oxidorreductasa o complejo I de la cadena respiratoria mitocondrial, era requerido como donante de electrones para la formación de radicales de oxígeno y, por lo tanto, es una oxidarucaasa. En una reacción acoplada, la enzima cataliza la oxidación de NADH con la reducción de la coenzima Q y combina esto con la translocación de protones desde el espacio de la matriz (interior) en el espacio intermembrana (exterior) de la mitocondria.
Fullerenos como drogas y portadores de drogas
Hay muchas formas de usar Fullerenos en medicina. Los fullerenos son adecuados, por ejemplo, como portadores de drogas. El fármaco puede ser conjugado exoédrico o endoédrico, o puede transportarse de manera no límite, especialmente en el interior. También se discute si estos portadores de medicamentos pueden hacerse selectivos para tejidos específicos que utilizan conjugados especiales. Por ejemplo, McDevitt et al. Un portador de nanotubos, que se conjuga con anticuerpos específicos para células de linfoma humano y transporta un ion radiometal (radiomarcando la proteína) [8]. Pudieron demostrar que el nanotubo especificado era muy adecuado como portador de drogas y que se acumulaba bien en el tejido objetivo. Además, las propiedades farmacológicas de los fullerenos C60 se tratan per se [9,10].
Marcorin et al. Describa que los fullerenos C60 pueden actuar como inhibidores de la proteasa del VIH [11]. En este caso, el C60 Fullerene, con su estructura esférica, juega el papel de un ligando en el centro activo de la enzima virus. Sin embargo, el fullereno se fija muy libremente. Los autores intentaron aumentar la unión del ligando mediante la conjugación de grupos en posiciones espaciales específicas del fullereno que estabilizan la unión con la enzima del virus. Esto interfiere o interrumpe el proceso de maternalización del virus.
La potencial fototoxicidad de los fullerenos se describió por Kasermann et al. investigado utilizando virus envueltos [12]. Mostraron que los representantes de los togavirus y rabdovirus, que nadaban en una solución fullerena, perdieron significativamente infectividad (7 log10 / ml) después de 5 horas de exposición a luz visible. Este efecto fue causado por la formación de radicales libres de oxígeno y dependía del oxígeno.
Influencia en las células del sistema inmune innato
En 2007 Ryan et al. La influencia de los fullerenos C60 en los mastocitos humanos (de la piel y los pulmones) y en las células basófilas en sangre periférica [13]. Pudieron demostrar que las células inmunes respondieron significativamente menos a la estimulación de antígeno cuando se incubaron previamente con fullerenos. La liberación de histamina también fue significativamente menor, al igual que la caída anafiláctica en la temperatura corporal. Según el resultado de su trabajo, los fullerenos no evitan el contacto con el antígeno-anticuerpo en la superficie celular, sino que parecen interferir con la transducción de señales por vía intracelular. Se encontró una inhibición altamente significativa de la fosforilación de la tirosina quinasa Syk. La tirosina-proteína quinasa syk, también conocida como tirosina quinasa bazo, es una enzima que en humanos está codificada por el gen SYK. La fosforilación de la tirosina quinasa Syk se correlaciona con la secreción de mastocitos y basófilos. Con estos resultados, los autores mostraron que los fullerenos pueden inhibir la respuesta inmune de los mastocitos y los basófilos. Concluyen de esto que los fullerenos tienen potencial inmunomodulador en relación con enfermedades como el asma, la anafilaxis, la artritis y otras enfermedades autoinmunes.
Respuesta inmune específica a Fullerenos
Chen et al. pudieron mostrar en 1998 que el sistema inmune de ratones puede reaccionar específicamente a los fullerenos [14]. Conjugaron C60 Fullerenos con tiroglobulina bovina. En los ratones inmunizados de esta manera, los anticuerpos IgG se formaron contra el fullereno C60 conjugado, que podría detectarse con la ayuda de un segundo anticuerpo específico de IgG en el método de detección basado en anticuerpos ELISA-Ensayo inmunosorbente uninado a la enzima. Estos anticuerpos están reaccionados con Fullerenos C70 no conjugados. Sin embargo, el acoplamiento a un antígeno bovino era necesario para sensibilizar las células inmunes a los fullerenos. Sin embargo, los autores aún no han podido mostrar cómo el sistema inmunitario puede reconocer los fullerenos. Hicieron algunas hipótesis. La hidrofobicidad, la curvatura, la distribución de carga y los enlaces π juegan un papel aquí.
Protección activa contra el estrés oxidativo en la célula mononuclear de sangre periférica PBMC por fullerenos
PBMC son células mononucleares de la circulación sanguínea periférica que tienen un núcleo de células redondas. Estos son, por ejemplo, linfocitos y monocitos. Estas células juegan un papel importante en el efecto de los fullerenos en el sistema inmune para combatir las infecciones que se considerarán aquí.
La propiedad postulada de los fullerenos para servir como esponjas radicales y, por lo tanto, se une a los radicales libres en caso de estrés oxidativo. Monti et al. examinado más de cerca [15]. Se trataba de la influencia de los fullerenos en las células mononucleares de la sangre periférica (PBMC), que debían ser apoptosis por dos modelos diferentes. Los PBMC se enfrentaron con 2-Deoxi-D-Ribosa (DRIB) o TNF-α más ciclohexamida. Se reconoció que las células PBM que estaban "protegidas" con fullerenos no mostraron cambios en la tasa de apoptosis espontánea sin exposición a DRIB o TNF-α más ciclohexamida. Sin embargo, la tasa de apoptosis podría reducirse significativamente en ambos modelos de activación. Monti et al también mostraron que el porcentaje de mitocondrias despolarizadas de células PBM bajo protección de fullereno fue significativamente menor. Este porcentaje se correlaciona con el estrés oxidativo.
El estudio Monti describe por primera vez el efecto antiapoptótico de los fullerenos C60 sobre los PBMC en el estrés oxidativo.
Informe sobre el estado actual del conocimiento
El conocimiento científico mencionado y citado y la venta gratuita de productos combinados con aceite de oliva y el uso asociado de fullerenos para mantener la salud inevitablemente requiere una determinación más precisa de la interacción de los fullerenos con el cuerpo humano. Es importante aclarar exhaustivamente las cuestiones de toxicidad y los efectos en los humanos o la modulación de tejido específico para garantizar un uso seguro y poder utilizar cualquier efecto farmacológico de manera segura y eficiente.
Dado que los fullerenos representan un grupo relativamente nuevo de sustancias, todavía hay muy pocas declaraciones sobre la interacción con el cuerpo humano. Como se mencionó anteriormente, los efectos moduladores ya se han descrito en el área del sistema inmunitario. Sin embargo, estos se limitaron a las células de la respuesta inmune innata [13] in vitro o tratado con la provocación de una respuesta humoral de las células inmunes a los fullerenos in vitro [14].
Dado que los fullerenos parecen tener un efecto modulador en las células inmune-competentes del cuerpo humano, es de interés aplicar este efecto a las células de la respuesta inmune adquirida (células B, células T helper y células asesinas T), pero también en natural células asesinas (células NK) in vitro.
Esto es particularmente así porque las inmunoterapias personalizadas jugarán cada vez más un papel importante en futuras aplicaciones médicas-terapéuticas y estarán en primer plano.
Todavía se debe hacer una distinción entre las diferentes reacciones inmunes de los patrones Th1 y Th2, ya que aparentemente diferentes citocinas y cascadas de activación están influenciadas por fullerenos en ambos patrones.
Resultados conocidos hasta ahora.
En esta descripción general compilada hasta ahora, el efecto de los fullerenos en las células del sistema inmune se consideró y se presentó en resumen con la ayuda de dos representantes como derivado C60 (polihidroxi-C60 y N-etil-poliamino-C60). El enfoque principal estaba en la proliferación de células PBM, la liberación de citocinas específicas y la activación de subpoblaciones específicas como células B, células Telper, células asesinas T y células NK.
Monti et al. [15] han utilizado métodos para determinar la proliferación utilizando una prueba de transformación de linfocitos, determinación de citocinas usando un ELISA sandwich y medición de la relación de activación en células inmunes con citometría de flujo. Estos son procedimientos de prueba estándar que se han establecido durante mucho tiempo en aplicaciones clínicas. Los fullerenos utilizados se compraron en forma purificada del fabricante y se proporcionaron en una atmósfera protectora en solución con medio RPMI. Después de su uso, las muestras de las soluciones stock y las muestras de todos los niveles de concentración utilizados se verificaron con la prueba de detección de endotoxina (LAL) para obtener impurezas que podrían conducir a una estimulación no deseada de las células inmunes. Esto demostró claramente que no había contaminación en las soluciones de stock, los diferentes niveles de dilución y los medios utilizados, es decir, podría excluirse con una alta probabilidad de que las posibles reacciones del PBMC se deban a la activación inespecífica por endotoxinas.
Niveles útiles de concentración de fullerenos
Monti et al. Utilizado para los niveles de concentración de fullereno de polihidroxi-c60 y fullereno n-etil-poliamino-c60 de 800 ng / ml a 0.08 ng / ml, que están en el mismo rango de niveles de concentración que también se describieron por Ryan et al. 2007 (1000 - 0.1 ng / ml) que se usaron para mostrar, por ejemplo, la influencia de los fullerenos C60 en los mastocitos y basófilos humanos [13].
Las pruebas preliminares también han probado concentraciones 10 y 100 veces más altas, pero estas no diferían significativamente de los 800 ng / ml (en particular, no hubo indicaciones de citotoxicidad), por lo que se eligieron 800 ng / ml como el nivel de concentración más alto.
Estudiar resultados de particular interés.
Monti's El trabajo no diferencia si toda la población de células PBM prolifera o si proliferan las subpoblaciones individuales. Sin embargo, los resultados obtenidos en su estudio descargan claramente un efecto negativo en la proliferación de células PBM, es decir, los fullerenos conjugados no tuvieron efectos tóxicos celulares en las concentraciones seleccionadas. Estos resultados de Monti también confirme el estudio por Dumortier et al. de 2006, en el que se investigaron los nanotubos de carbono modificados (parte de la familia Fullerene) y su influencia en las células B y las células T, así como en los macrófagos [16].
Los fullerenos solo inducen una mayor proliferación en células no estimuladas.
Los resultados adicionales de la investigación de las citocinas típicas de macrófagos IL-6 y TNF-α muestran que la estimulación con fullerenos conduce a un aumento significativo en la secreción de IL-6 en células no emergentes, pero no en la producción de TNF-α. Cuando se estimuló la vacuna Bacillus Calmette-Guelin (BCG), no hubo cambios significativos en ninguna de las secreción de citocinas. Estos hallazgos indican la estimulación de los macrófagos en reposo. Sin embargo, este efecto desaparece cuando se activa el sistema inmune. Por lo tanto, este efecto estimulante de proliferación es, por lo tanto, muchas veces menos que una respuesta inmune desencadenada por antígenos.
Se puede afirmar que los fullerenos no conducen a una secreción de citocinas definida, que favorece un patrón TH y, en consecuencia, conduciría a un cambio inmune a través de la supresión de un grupo de células TH. A cambio, el IL-6, presumiblemente secretado por los macrófagos, podría evitar una mayor formación de células T-reguladoras, ya que las concentraciones de IL-6 aumentadas reducen la formación de nuevas células T-reguladoras de células T ingenuas, según Fujimoto et al. 2010 [17]. Esto significa que los fullerenos C60 podrían evitar una mayor formación de células inmunosupresoras.
Activación de células inmunocompetentes bajo fullerenos C60.
La proteína CD 69 es una molécula superficial que solo se expresa por células inmunes activadas. Los genes de la cascada de activación se pueden clasificar de acuerdo con la expresión inmediata, anterior y posterior. CD69 pertenece al grupo de genes de activación temprana (0.5-48 h) y se expresa no solo por los linfocitos T [18] pero también por células NK [19] y células B [20] en la misma medida cuando se activa. Por lo tanto, la proteína CD69 es particularmente adecuada como marcador para la activación temprana de células inmunes específicas. No existe necesariamente una correlación entre la expresión de CD69 y el aumento de la proliferación.
Por lo tanto, los fullerenos no tienen influencia en el estado de activación en la fase temprana de una reacción inmune y sus vías de señalización de las células inmunes específicas. En contraste, sin embargo, como con Ryan et al. Descrito en 2007 - Tener un efecto en las células de la defensa inmune no específica, como los mastocitos y, como se muestra en las células de trabajo de Ryan, debido a la cascada de la señal a través de Lyn y Syk quinasa de las células de los mastocitos [13].
El hecho de que los fullerenos se absorban en células inmunes a través de endocitosis no específica y no están unidos específicamente confirma la tesis de estimulación no específica.
Ni en el trabajo de Dellinger et al. 2010 [21], todavía en el estudio por Porter et al. de 2006 [22], Si también trata la absorción y la localización del fullereno dentro de la célula, describe una presentación del receptor de estas partículas de fullereno por moléculas de MHC.
Si uno mira los resultados, la proliferación, la secreción de citocinas y la expresión de CD69, la estimulación de la secreción de IL-6 y la proliferación en células PBM no coestimuladas son notables. Sin embargo, no hay estimulación de citocinas específica de Th1 / Th2. Esto lleva a la consideración de si el aumento de la proliferación observado bajo el fullereno C60 podría ser un aumento en los macrófagos
Consideración preliminar
El hecho de que los fullerenos probados no mostraran inmunosupresión en ningún estudio y el hecho de que solo fullerenos no conjugados (Kolosnjaj et al. 2007 [23]) o fullerenos conjugados en dosis significativamente más altas (Yamawaki et al. 2006 [5]) son tóxicos para las células, descarta una inhibición / debilitamiento de la defensa inmune celular por los fullerenos utilizados en los estudios respectivos. Esta tesis está confirmada por el perfil de citocinas sin cambios y la proporción constante de leucocitos activados.
Actualmente no es posible decir si habrá una respuesta humoral negativa. Como en 1998 Chen et al. Descrito: los anticuerpos contra los fullerenos son posibles, pero la formación dirigida de anticuerpos solo es causada por la conjugación con una proteína extraña (aquí tiroglobulina bovina) [14]. Hasta ahora no se ha observado una estimulación de las citocinas típicas de Th2 y también una activación de las células B CD19 + B. Sin embargo, no hay duda de que la secreción de IL-6 aumenta, lo que estimula y produce células B.
El gran grupo de fullerenos y sus derivados aún no se ha desarrollado en su conjunto. Las propiedades individuales, los grupos reactivos, la concentración y las influencias externas pueden determinar la imagen de cómo los fullerenos interactúan con su entorno.
Resumen
Desde su descubrimiento, los fullerenos han aumentado grandes esperanzas para su estructura química. Los fullerenos se comprenden cada vez más y se usan en los servicios de salud médica. Pueden asumir una variedad de roles: ya sea como transportador, como un vínculo entre el fármaco y la proteína de orientación, como agente de contraste o como un fármaco independiente.
Muchos estudios anteriores han descartado un efecto generalmente tóxico de los fullerenos. Varios estudios describen el efecto de los fullerenos como una droga o como agente de contraste. Sin embargo, hay poco trabajo (aparte de los estudios de toxicidad celular) que se ocupa de la interacción de este grupo de sustancias con el cuerpo humano mismo. Solo hay estudios aislados del sistema inmune.
Debido a los datos limitados y al conocimiento de que los fullerenos parecen influir en la respuesta inmune innata, es de gran interés comprender mejor la influencia de los fullerenos en el cuerpo y el sistema inmune.
Los informes se incluyeron en los estudios y disertaciones consideradas y citadas de la siguiente manera:
La influencia de los fullerenos en la proliferación de células PBM,
La producción de citocinas utilizando IL-1, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, IFN-γ, TNF-α, TNF-β, GM-CSF por medio de ELISA sandwich y
Activación temprana de células inmunes usando expresión de CD69 usando citometría de flujo.
Como resultado adicional, podría mostrarse aquí que:
Los derivados de fullereno estimulan la proliferación de PBMC,
El aumento de la expresión de CD69 se produce solo en células NK,
La producción de citocinas asociadas a células T es sin influencia de fullereno, por otro lado
Los fullerenos aumentan significativamente la secreción de IL-6.
Además, se encontró en los informes mencionados que los fullerenos no tienen un efecto inmunosupresor general y no son tóxicos celulares y, en particular, no afectan significativamente las células del sistema inmune específico.
En contraste, algunos hallazgos indican que las células del sistema inmune innato están activadas (por ejemplo, células NK).
Otros informes sobre la interacción e influencia de los fullerenos C60 en imágenes clínicas específicas como el Alzheimer, la artritis reumatoide o las enfermedades autoinmunes o neurodegenerativas están en preparación.
