Zastosowanie
nano złota
nano złota
Nanocząstki złota –”jokery naszego organizmu”
Autor-Rafał Radoła
Twórca terapii nanocząsteczkowej,
Członek Rady Konsultacyjnej Politechniki Gdanskiej,
Członek – załozyciel Polskiej Izby Zaawansowanych Technologii
Współtwórca kilkunastu patentów z dziedziny nanotechnologii.
Wstęp
Złoto jest metalem szlachetnym towarzyszącym człowiekowi o tysięcy lat do niedawna cenione było z powodu swoich wartości estetycznych jak również odporności chemicznej.
Najwcześniejsze doniesienia o stosowaniu tzw. koloidu czerwonego złota pochodzą z Chin – gdzie był używany jako lek wydłużający życie. Również Hindusi znają nanozłoto pod nazwą „Swarna Bhasma” – przygotowywane przez znachorów jako lek działający odświeżająco i regenerująco dla osób starszych[1]. Również w Biblia donosi o używaniu koloidu złota jako leku na głupotę[2]. W średniowieczu używano złota jako leku na problemy z krążeniem i jako lek na przypadłości wieku starczego. Renesans to „Aqua Regia” lek na na serce i wszystko inne. Późniejsze tynktury oparte o koloidalne złoto – otrzymywane przez alchemików były stosowane na wszelkiego rodzaju choroby[3]. Po raz pierwszy czerwony koloid złota został zbadany przez Faradaya w 1857 roku, wnioski wysnute przez tego wybitnego uczonego zostały potwierdzone dzisiaj za pomocą dostępnego obecnie sprzętu[4]. Jak pokazują badania, intuicyjnie stosowanie nano złota w wymienionych powyżej kulturach było jak najbardziej zasadne.
Związki złota-sole, a szczególnie te stosowane jako leki – wykazują wiele działań ubocznych a najmniej szkodliwe dla naszego organizmu to; bóle głowy, biegunki, reakcje alergiczne, zwiększona wrażliwość na światło. Aurotiolany (ang. aurothiolates) – związki złota, pomimo wymienionych powyżej były i są używane do dzisiaj jednak obecnie coraz częściej mówi się o zastąpieniu ich odpowiednimi naocząsteczkami złota, które są w pełni bezpieczne i jak do tej pory nie stwierdzono jeszcze żadnych skutków ubocznych stosowania nanocząstki złota (nAu). Rozwój nanotechnologii powoduje, że złoto, a właściwie nano złoto, zyskuje coraz większe zastosowanie w medycynie, szczególnie w diagnostyce i leczeniu wielu chorób w tym chorob nowotworowych[5]. Poza zastosowaniem w onkologii coraz więcej badań jest poświęconych badaniom nad wykorzystanie nanocząstek złota, a szczególnie i koniugatów w innych dziedzinach. Jak będzie wyjaśnione później nanozłoto może nie tylko być stosowane jako lek ale również zdrowe osoby mogą je zażywać w celu polepszenia jakości swojego życia.
Rysunek 1
Nanocząstka złota jako „wielozadaniowa platforma.
Poniżej przedstawiony zostanie wybór informacji oraz badań opublikowanych w ostatnich latach. Osobno zostanie omówione szeroko pojęte leczenie nowotworów.
Zastosowania nanocząstek złota w medycynie
Badania nad submikronowymi cząstkami złota są prowadzone przede wszystkim w kierunku leczenia nowotworów, ale obok prowadzone są również prace nad wykorzystaniem nanocząstek złota w leczeniu innych schorzeń.
Reumatoidalne zapalenie stawów w ostatnich latach staje się poważnym problemem i wyrasta na jedną z chorób cywilizacyjnych związaną z siedzącym trybem życia. Ostatnie badania nad nanozłotem[6] wykazały, że nanocząstki złota wiążą się z śródbłonkowym naczyniowym czynnikiem wzrostu (VEGF), wpływając hamująco na jego działanie. Zgodnie z badaniami nad reumatoidalnym zapaleniem stawów inhibicja czynnik VEGF znacząco wpływa na zahamowanie jego rozwoju[7]. Dwu letnie wstępne badania kliniczne na psach potwierdziły silne działanie przeciwbólowe nAu w zapaleniu stawów[8].
Innym przykładem na wykorzystanie nanocząstek złota jest zwalczanie pasożytów. Badania nad Toxoplasmosis gondii, który jest jednym z bardziej rozpowszechnionych pasożytów, mogącym wywoływać cysty w mózgu, wykazały, że nanocząsteczki złota są obiecującym lekiem przeciwko temu pierwotniakowi. Badani nad nAu z koniungowanym z cząstkami przeciwciał wykazały wysoką skuteczność w wykrywaniu i niszczeniu tego pierwotniaka za pomocą światła laserowego sprzężonego z nanocząstkami złota, jako cząstkami rezonansowymi[9]. Samo stężenie zarówno przeciwciał jak i nanocząstek złota było bardzo niskie[10]. Dalsze badania mają być prowadzone na innych pasożytach – pierwotniakach w celu potwierdzenia właściwości nanocząstek złota w zwalczaniu ich.Wielka pomocą okazuje się tu pomoc innych nanocząstek poprawiając skuteczność złota. Inną zaletą zastosowania nanozłota jest możliwa eliminacja leków wykazujących wiele skutków ubocznych ogólnoustrojowych.
Rysunek 2
Komórka T. gondii poddana działaniu światła laserowego. Pałeczki rozmieszczone wokół błony komórkowej to nanocząstki złota z koniungowane z przeciwciałem[9].
Rysunek 3
Nano cząstka z podłączonym lekiem
Wyjątkowo ciekawym i ważnym zastosowaniem nanocząstek złota jest możliwość podczepiania pod nAu rożnego rodzaju cząstek. Sam proces kowalencyjnego wiązania Au cząsteczki organiczne jest stosunkowo prosty i łatwy do przeprowadzenia ze względu na wysokie powinowactwo złota do grupy tiolowej i aminowej. Dzięki takiemu podczepieniu się pod nanocząstkę leki, które nie mogły dotrzeć do chorej tkanki mogą zostać przemycone do miejsca docelowego na powierzchni nAu. Można również zwiększyć specyficzność – czyli wycelować lek w konkretne miejsce w organizmie i do nanocząstki złota przyczepić poza lekiem przeciwciało lub inny czynnik wektorowy, który zapewni dostarczenie leku w pożądane miejsce[11].
Ciekawym i ważnym przykładem wykorzystania nAu w systemach dostarczania leków jest leczenie HIV. W walce z HIV przebadano wiele leków, niestety wiele z nich z powodu wysokiej toksyczności lub problemów z transportem w organizmie (hydrofobowość, rozkład w warunkach ustrojowych) powodował, że leki te były odrzucane na etapie testów. Interesującym przypadkiem jest TAK-779, który z powodu wysokiej toksyczności wywołanej przez cząsteczkę aluminium, która jest niezbędna do prawidłowego działania – jednak jak się okazało zastąpienie soli glinowej nanocząsteczką złota dało równie obiecujące rezultaty[12]. Badania nad tym lekiem spowodowały, że wiele z zarzuconych wcześniej leków próbuje się obecnie łączyć z nanocząsteczkami złota w celu sprawdzenia potencjalnego działania retro wirusowego.
Jak pokazały badania Optimom Corp. nanocząstki złota mogą wpływać na polepszenie funkcji poznawczych. W badaniu tym grupie badawczej (15-45 lat) podawano nano złoto w ilości 30mg złota/dziennie przez 1 miesiąc przed rozpoczęciem testów oraz w trakcie ich trwania 1-3 miesięcy. Jako test ewentualnych zmian wykorzystano grupę testów na inteligencje typu WASI-R. Badanie referencyjne przeprowadzone przed rozpoczęciem zażywania koloidu złota, pierwsza kontrola odbyła się po 30 dniach zażywania leku – wykazując zwiększenie zdolności poznawczych o 20%[13].
Badania przeprowadzone na zdrowych jednostkach, jako próbie kontrolnej dla badań klinicznych oprócz danych referencyjnych dla testów pro-leków zaprezentowały kilka zastosowań złota suplementarnych do wyżej wspomnianych. W związku z tym przeprowadzono próby w celu zebrania i usystematyzowania danych o działaniu czerwonego koloidalnego nanozłota. Wyniki okazały się dosyć zaskakujące zarówno w przypadku ciągłego podawania nanocząstek złota, jak i jego okazjonalnego przyjmowania (dawka 15mg złota/dzień), poza ogólną poprawą samopoczucia stwierdzono:
- ogólna poprawa wzroku i słuchu
- poprawa koordynacji ruchowej i ogólne polepszenia kondycji
- w trakcie zażywania preparatu polepszenie pracy jelit
- działanie „odmładzające” – wrażenie odmłodzenia cery (możliwe powiązanie z ogólną poprawą samopoczucia)
- zmniejszenie i ustabilizowanie masy ciała (znacząco lepsze rezultaty w przypadku regularnego przyjmowania koloidu złota)
- zwiększenie libido
Powyższe zmiany obserwowano w obu grupach natomiast o wiele większe zmiany zaszły w grupie przyjmującej regularnie nanocząstki złota[14].
Badania były również prowadzone na osobach starszych (75±9 lat). Jak się okazuje wyniki, w których kontrolowano ogólne samopoczucie, zmęczenie, pamięć krótkotrwałą, koordynacje ruchową – ogólne objawy demencji starczej. Badanym podawano po 20mg złota/dziennie. Kontrole stanu zdrowia przeprowadzono po 1 miesiącu oraz co miesiąc po zaprzestaniu podawania koloidu. Ogólna poprawa stanu zdrowia w zależności od badanego wskaźnika wahała się od 15-35% (zgodnie z zastosowaną skalą punktową przyporządkowaną poszczególnym badanym cechą). Polepszenie stanu zdrowia było widoczne nawet po 3 miesiącach od zaprzestania podawania koloidu złota[14].
Jak wiadomo choroba Parkinsona, Alzheimera Huntingtona i choroby prionowe wiążą się z akumulacją białek w centalnym układzie nerwowym upośledzając tym samym jego funkcje. Pierwsze badania prowadzono nad wykryciem markerów Alzheimera[15], wyniki były bardzo obiecujące. Jednak już w dwa lata później pojawiły się pierwsze doniesienia na temat możliwości usuwania złogów białkowych za pomocą nanocząstek złota i słabych mikrofal[16].
Również zastosowanie nanocząstek złota z powłoką z polimeru o właściwościach polielektrolitu[17] pozwala na zwalczanie chorób wieku starczego związanych z układem nerwowym.
Innym problem bardzo powszechnym w dzisiejszym świecie są wszelakiego rodzaju uzależnienia począwszy od palenia przez alkoholizm, pracoholizm, zakupoholizm itp., a skończywszy na narkotykach. Okazuje się, że i tu złoto może się okazać pomocne. Badania prowadzone nad wyciszeniem genu odpowiedzialnego za ekspresje białek DARRP-32, ERK i PP-1, odpowiedzialnych za kaskadę sygnałową w uzależnieniach od narkotyków (podejrzewa się, że DARRP-32 również w przypadku innych uzależnienie bierze udział w przesyłaniu sygnałów neuronowych). Wyciszenie genu prowadzono za pomocą nanokompleksu – nAu-DARRP-32 siRNA. Wyniki okazały się być zaskakująco dobre, ponad 40% siRNA trafiło do komórek w mózgu, znacząco więcej niż do tej pory za pomocą tradycyjnych metod[18].
Zgodnie z opracowaniami dotyczącymi medycyny homeopatycznej[19], nAu jest stosowane jako remedium na depresje i skłonności samobójcze. Znajduje ono również zastosowanie w leczeniu zaburzeń związanych z obniżeniem libido jak również schorzeń wywołanych zbyt małą ilością światła słonecznego (niedobory witamin z gr. D) takich jak anemia, problemy ze wzrokiem, bóle głowy, bezsenność.
Złoto kontra nowotwory
Szerokim frontem są prowadzone badania nad wykorzystaniem nanocząstek złota (zarówno samych nanocząstek jak i ich koniungatów) w diagnostyce i leczeniu chorób nowotworowych[5].
Diagnostyka komórek rakowych skupia się przede wszystkim na z koniungowanym nanozłocie z różnego rodzaju czynnikami specyficznymi wobec komórek nowotworowych (szczególnie istotne są tu przeciwciała). Ważną zaletą złota jest to, że w odróżnieniu od markerów fluorescencyjnych czy barwników nie ulega rozpadowi w czasie długotrwałego naświetlania[20]. Tego typu nanoklastry mogą w przyszłości być metodą komplementarną dla PCRu szczególnie w identyfikacji materiału genetycznego bakterii i wirusów[20]. Diagnostyka komórek nowotworowych z wykorzystaniem z koniugowanych nanocząstek złota może wkrótce znaleźć wielu nabywców ze względu na znacznie mniejsze koszty w odróżnieniu od tradycyjnie używanej i najbardziej rozpowszechnionej cytometrii przepływowej[5] , [21].(markery)
Kolejnym krokiem po diagnostyce jest niszczenie komórek nowotworowych. Ogólnie metodologia leczenia raka za pomocą nAu wywodzi się z metod detekcji tychże komórek jednak obecnie są dwie drogi prowadzące do celu – zniszczenia nowotworu. Jedną z dróg jest przyczepienie do cząstki złota przeciwciała-leku, który zostanie uwolniony w komórce i zaatakuje tylko w chorym miejscu nie uszkadzając komórek zdrowych5. Ze względu na właściwości nanocząstek złota badania nad wspomnianą wyżej metodą zostały zarzucone, a zainteresowanie uczonych przeniosło się na bezpośrednie wykorzystanie nAu do wykrywania i niszczenia komórek nowotworowych[5] , [22]. Ostatnie wyniki szczególnie dotyczące zastosowania koniungatów nanocząstek – przeciwciało wobec nowotworów, do których nie można dotrzeć w prosty sposób z promieniowaniem elektromagnetycznym pokazują, że nie należy całkowicie zapominać o tym sposobie wykorzystania złota. Metoda skupia się na dostarczeniu nanocząstki do chorej komórki i wywołaniu w niej apoptozę poprzez zablokowanie podziału[23]. Istotną właściwością nanocząstek złota jest pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego (światła, światła laserowego, promieniowania podczerwonego) z równoczesnym gwałtownym wzrostem temperatury skutkującym zniszczeniem struktury komórek znajdujących się w pobliżu[24]. Szczególnym i ciekawym przypadkiem są nanocząstki złota puste w środku (hollow nanogold), które wykazują o wiele lepsze właściwości od tradycyjnych nanocząstek a otrzymamy ładunek energetyczny utrzymuje się bardzo długo. Wykazują one także o wiele silniejszą absorpcje promieniowania bliskiej podczerwieni, przez co są o wiele skuteczniejsze[25]. Udowodniono iż z całą pewnością nanozłoto hamuje angiogenezę nowotworową.
Wnioski
Jak widać z powyższych przykładów złoto ma wiele zastosowań od bardzo specjalistycznych jak leczenie nowotworów czy systemy dostarczania leków po bardzo prozaiczne i możliwe do użycia przez każdego w domu w celu poprawy, jakości swojego życia.
Obecnie bardzo ważną intencją naukowców okazuje się nie tylko przygotowanie nowych komponentów leków ale też zapewnieniaprzez nowe technologie jak najlepszej jakości życia przez jak najdłuższy czas. Nanotechnologia złota daje szanse nie tylko na wyleczenie wielu chorób ale również na polepszenie jakości życia począwszy od nastolatków, a na osobach w zawansowanym wieku skończywszy.
W aspekcie zapewnienia „lepszego i dłuższego życia” bardzo ważne wydaje się poprawa zdolności umysłowych, szczególnie zdolności poznawczych. Innymi słowy bez względu na wiek możemy nauczyć się więcej jak również możemy rozwiązać problemy wymagające logicznego myślenia szybciej i nieszablonowymi metodami.
Kolejny aspektem jest polepszenie koordynacji ruchowej oraz koordynacji ręka-oko-mózg czyli zdolności manualnych. O ile dla zwykłego człowieka polepszenie refleksu i łatwiejsze wykonywanie wielu czynności manualnych może być drugorzędne to już w przypadku osób zajmujących się sportem poprawa tych funkcji o milisekundy może decydować o zwycięstwie.
Wśród przedstawionych opracowań naukowych z ostatnich lat padają sugestie na temat możliwego polepszenia transportu w organizmie wielu suplementów zawierających w swoim składzie grupy aminowe, tiolowe lub obie te grupy, jeśli będą podawane razem ze złotem. Pożądane związki powinny trafiać szybciej do komórek docelowych jak również w większym stężeniu powinny trafiać z układu trawiennego do krwi jeśli będą z kompleksowane z nanozłotem.
Biorąc pod uwagę przytoczone przykłady badań naukowych, konieczne staje przyznanie, że starożytni Chińczycy, Hindusi, Izraelici jak i zapewne inne nacje starożytności wykazały, że stosowane przez nich złoto naprawdę pomagało. Również renesansowa „Aqua Regia”, w opisie przypadłości, na którą ją stosowano, okazuje się jak najbardziej prawdziwym lekarstwem.
Jak się okazuje oprócz mikro i makro elementów bardzo ważną funkcje spelnia trzecia grupa pierwiastków ważnych dla życia wszystkich organizmów żywych. Występują one w mikro gramach na kilogram masy ciała, znane jako ultra elementy. Na dzień dzisiejszy jeszcze nie są znane ich wszystkie funkcje jakie spełniają w organizmie, jednak podejrzewa, że spełniają głównie funkcje regulatorowe. Najszerzej poznaną funkcją ultraelementów jest aktywacja procesów biochemicznych, szczególną rolę odgrywają jako aktywatory enzymów. Do ultraelementów zalicza się złoto, srebro, platynę i rad jednak lista na pewno nie jest zamknięta. Na dzień dzisiejszy za najważniejsze uważa się pierwszą trójkę ze szczególnym wskazaniem na złoto i srebro.
Na koniec należy wspomnieć o coraz szerzej badanych nanocząstkach złota w połączeniu z nanocząstkami srebra. Gdzie przeprowadzone badania udowadniają skuteczniejszą i lepszą terapię niż działanie samego nanozłota czy samego nanosrebra[5].
Literatura
[1] Mahdihassan S. Am. J. Chinese. Med.1985, 13, 93
[2] Exodus (32:19-20) The Oxford Study Bible. Oxford University Press, New York, 1992
[3] Higby G. J. Gold Bulletin 1982, 15,130
[4] Faraday M. X. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1857, 147, 145
[5] Cai W., Gao T., Hong H., Sun J. Nanotechnolog, Science and Applications 2008, 1, 17
[6] Tsai C. Y., Shiau A. L., Chen S. Y., Chen Y. H., Cheng P. C., Chang M. Y., Chen D. H., Chou C. H., Wang C. R., Wu C. L. Arthritis Rheum. 2007, 56, 544.
[7] a)Fava R. A., Olsen N. J. , Spencer-Green G., Yeo K. T., Yeo T. K., Berse B. J Exp Med 1994, 180, 341; b) Lu J., Kasama T., Kobayashi K., Yoda Y., Shiozawa F., Hanyuda M. J Immunol 2000, 164, 5922; c) Koch A. E., Harlow L. A., Haines G. K., Amento E. P., Unemori E. N., Wong W. L., J Immunol 1994, 152, 4149
[8] Jaeger G. T., Larsen S., Soli N., Moe L. Acta Vet Scand 2007, 23, 49
[9] Pissuwan D., Valenzuela S. M., Miller C. M., Killingsworth M. C., Cortie M. B. Small 2009, 5, 1030
[10] Wang H., Lei C., Li J., Wu Z., Shen G., Yu R. Biosens Bioelectron 2004, 19, 701
[11] Panyala N. R., Pena-Mendez E. M., Havel J. J. Appl. Biomed. 2009, 7, 75
[12] Bosman M.-C., Ballad E. T., Ackerson C. J., Feldheim D. L., Margolis D. M. Melander C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6896
[13] Abraham G. E., McReynolds S. A., Dill J. S. Frontier Perspectives 1998, 7, 39
[14] Abraham G. E. The Orginal Internist 2008, 15, 132
[15] Haes A. J., Hall W. P., Chang L., Klein W. L., Van Duyne R. P. Nano Letters 2004, 4, 1029
[16] Araya E., Olmedo I., Bastus N. G., Guerrero S., Puntes V. F., Giralt E., Kogan M. J. Nanoscale Res. Lett. 2008, 3, 435
[17] WIPO Patent Application WO/2010/052665, 2010
[18] Bonoiu A. C., Mahajan S. D., Ding H., Roy I., Yong K.-T., Kumar R., Hu R., Bergey E. J., Schwartz S. A., Prasad P. N. Proc. Natl. Acad. Sci. Unit. States Am. 2009, 106, 5546
[19] a) Pelikan W. The Secrets of Metals, Anthroposophic Press, Spring Valley, NY, 1984, 87; b) Mees L.F.C. Living Metals Regency Press, London 1974, 57
[20] Xie C., Xu F., Huang X., Dong C., Ren J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15091
[21] Khaled A., Guo S., Li F., G P. Nano Lett. 2005, 5, 1797
[22] Giljohann D. A., Seferos D. S., Daniel W. L., Massich M. D., Patel P. C., Mirkin C. A. Angew. Chem. 2010, 49, 3280
[23] Kang B., Mackey M. A., El-Sayed M. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1517
[24] Letfullin R., Jonathan C., George T. F., Zharov V. P. Nanomedicine 2006, 1, 473
[25] Schwartzberg A. M., Olson T. Y., Halley C. E., Zhang J. Z. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 19935