(Erik Marhoffer/EyeEm/Getty Images) Unter all den verschiedenen Arten von Krebs Behandlung, Photodynamische Therapie – bei dem Licht zur Zerstörung bösartiger Zellen eingesetzt wird – könnte eine der seltsamsten Nebenwirkungen haben: Patienten können im Dunkeln oft besser sehen.
Letztes Jahr haben Forscher endlich herausgefunden, warum das passiert: Rhodopsin , ein lichtempfindliches Protein in der Netzhaut unserer Augen, interagiert mit einer lichtempfindlichen Verbindung namens Chlor e6, ein entscheidender Bestandteil dieser Art der Krebsbehandlung.
Die Arbeit baute auf dem auf, was Wissenschaftler bereits über die organische Verbindung wussten Netzhaut , das sich im Auge befindet und normalerweise nicht empfindlich gegenüber Infrarotlicht ist.
Sichtbares Licht veranlasst die Trennung der Netzhaut vom Rhodopsin – dies wird in das elektrische Signal umgewandelt, das unser Gehirn zum Sehen interpretiert. Während wir nachts nicht viel sichtbares Licht bekommen, stellt sich heraus, dass dieser Mechanismus auch durch eine andere Kombination aus Licht und Chemie ausgelöst werden kann.
Unter Infrarotlicht und einer Chlorinjektion verändert sich die Netzhaut auf die gleiche Weise wie unter sichtbarem Licht.
„Das erklärt den Anstieg der nächtlichen Sehschärfe“, sagte der Chemiker Antonio Monari von der Universität Lothringen in Frankreich zu Laure Cailloce CNRS bereits im Januar 2020.
„Wir wussten jedoch nicht genau, wie Rhodopsin und seine aktive Netzhautgruppe mit Chlorin interagieren.“ „Diesen Mechanismus ist es uns nun gelungen, mittels molekularer Simulation aufzuklären.“
Zusammen mit einigen hochrangigen chemischen Berechnungen nutzte das Team eine molekulare Simulation, um die Bewegungen einzelner Atome (im Hinblick auf ihre jeweilige Anziehung oder Abstoßung) sowie das Aufbrechen oder Herstellen chemischer Bindungen zu modellieren.
Die Simulation wurde mehrere Monate lang durchgeführt – und Millionen von Berechnungen durchlaufen –, bevor sie in der Lage war, die durch Infrarotstrahlung verursachte chemische Reaktion genau zu modellieren. Im wirklichen Leben würde die Reaktion in nur Nanosekunden ablaufen.
„Für unsere Simulation haben wir ein virtuelles Rhodopsin-Protein, das in seine Lipidmembran eingefügt wurde, mit mehreren Chlorin-e6-Molekülen und Wasser oder mehreren Zehntausend Atomen in Kontakt gebracht“, sagte Monari CNRS .
Da Chlorin E6 die Infrarotstrahlung absorbiert, interagiert es mit dem Sauerstoff im Augengewebe und wandelt ihn in hochreaktiven Singulett-Sauerstoff um. Singulett-Sauerstoff zerstört nicht nur Krebszellen, sondern kann auch mit der Netzhaut reagieren und eine Verbesserung der Nachtsicht, des Moleküls, ermöglichen Simulation zeigt.
Da die Wissenschaftler nun die Chemie kennen, die dieser seltsamen Nebenwirkung zugrunde liegt, können sie möglicherweise das Risiko begrenzen, dass sie bei Patienten auftritt, die sich einer photodynamischen Therapie unterziehen und von denen berichtet haben, dass sie im Dunkeln Silhouetten und Umrisse sehen.
Später könnte diese chemische Reaktion sogar zur Behandlung bestimmter Arten von Blindheit oder Überempfindlichkeit gegenüber Licht genutzt werden – obwohl es absolut nicht empfehlenswert ist, Chlor E6 zu verwenden, um sich selbst zu verabreichen übermenschliche Nachtsicht .
Es ist ein weiteres Beispiel dafür, welche Erkenntnisse wir auch aus molekularen Simulationen gewinnen können und wie die leistungsstärksten Computer der Welt uns diese Erkenntnisse liefern können tieferes Verständnis der Wissenschaft, als wir sonst hätten.
„Molekulare Simulation wird bereits eingesetzt, um grundlegende Mechanismen zu beleuchten – zum Beispiel, warum bestimmte DNA-Läsionen besser repariert werden als andere – und um die Auswahl potenzieller therapeutischer Moleküle zu ermöglichen, indem deren Interaktion mit einem ausgewählten Ziel nachgeahmt wird“, sagte Monari CNRS .
Die Forschung wurde im veröffentlicht Journal of Physical Chemistry Letters .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Februar 2020 veröffentlicht.