Среди всех различных видов лечения рака фотодинамическая терапия — когда свет используется для уничтожения злокачественных клеток — может иметь один из самых странных побочных эффектов: Пациенты часто лучше видят в темноте.
В прошлом году исследователи наконец-то выяснили, почему это происходит: Родопсин, светочувствительный белок в сетчатке наших глаз, взаимодействует со светочувствительным соединением под названием хлорин e6, важнейшим компонентом данного вида лечения рака.
Работа основана на том, что ученые уже знали об органическом соединении ретинале, которое находится в глазу и обычно не чувствительно к инфракрасному свету.
Видимый свет заставляет ретиналь отделяться от родопсина, который преобразуется в электрический сигнал, интерпретируемый нашим мозгом как зрение. Хотя ночью мы не получаем много видимого света, оказалось, что этот механизм можно запустить и с помощью другой комбинации света и химии.
Под инфракрасным светом и при введении хлорина сетчатка изменяется так же, как и под видимым светом.
"Это объясняет повышение остроты зрения в ночное время", — сказал химик Антонио Монари из университета Лотарингии во Франции Лоре Кайосе из CNRS еще в январе 2020 года.
"Однако мы не знали, как именно родопсин и его активная ретинальная группа взаимодействуют с хлорином. Именно этот механизм нам удалось выяснить с помощью молекулярного моделирования".
Наряду с некоторыми химическими расчетами высокого уровня, команда использовала молекулярное моделирование для моделирования движения отдельных атомов (с точки зрения их соответствующего притяжения или отталкивания), а также разрыва или создания химических связей.
Моделирование проводилось в течение нескольких месяцев — и пережевало миллионы расчетов — прежде чем удалось точно смоделировать химическую реакцию, вызванную инфракрасным излучением. В реальной жизни реакция произошла бы за считанные наносекунды.
"Для моделирования мы поместили виртуальный белок родопсин в его липидную мембрану в контакте с несколькими молекулами хлорина e6 и водой, или несколькими десятками тысяч атомов, — рассказал Монари в интервью CNRS.
Когда хлорин e6 поглощает инфракрасное излучение, он взаимодействует с кислородом в тканях глаза, превращая его в высокореактивный синглетный кислород — помимо уничтожения раковых клеток, синглетный кислород также может вступать в реакцию с сетчаткой и способствовать улучшению ночного зрения, как показало молекулярное моделирование.
Теперь ученые знают химию, лежащую в основе этого странного побочного эффекта, и, возможно, смогут ограничить вероятность его возникновения у пациентов, проходящих фотодинамическую терапию, которые сообщали о том, что видят силуэты и очертания в темноте.
В дальнейшем эту химическую реакцию можно будет использовать для лечения некоторых видов слепоты или чрезмерной чувствительности к свету, хотя не рекомендуется пытаться использовать хлорин е6, чтобы получить сверхчеловеческое ночное зрение.
Это еще один пример того, какие знания мы можем получить от молекулярного моделирования, и как самые мощные компьютеры на планете способны дать нам более глубокое понимание науки, чем мы могли бы получить в противном случае.
"Молекулярное моделирование уже используется для того, чтобы пролить свет на фундаментальные механизмы — например, почему некоторые повреждения ДНК восстанавливаются лучше, чем другие — и позволяет выбрать потенциальные терапевтические молекулы, имитируя их взаимодействие с выбранной мишенью", — сказал Монари в интервью CNRS.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Chemistry Letters.
Comments are closed.