Terapia fotodynamiczna ukierunkowana na kwasy nukleinowe (PDT) to obiecujący rodzaj terapii celowanej, który jest aktywnie badany. Leczenie to opiera się na specjalnych fotosensybilizatorach, rodzaju leku, który wiąże się w określonych miejscach w DNA komórki. Po związaniu komórki są naświetlane z określoną częstotliwością, co z kolei powoduje, że fotosensybilizator wytwarza reaktywne formy tlenu (ROS) lub tlen singletowy (¹O₂) Cząsteczki. Cząsteczki te mają tendencję do utleniania pobliskich kwasów nukleinowych, uszkadzania materiału genetycznego i ostatecznie zabijania napromieniowanej komórki.

Chociaż cały proces może wydawać się prosty, wciąż istnieje wiele przeszkód do pokonania, zanim ten typ PDT będzie wystarczająco dobry do praktyki klinicznej. Jednym z nich jest to, że chociaż utlenianie typu II (spowodowane przez ¹O₂) ma pewne zalety w porównaniu z utlenianiem typu I (spowodowanym przez ROS), jest bardzo mało informacji o tym, jak daleko ¹O₂ molekuły mogą dotrzeć po wygenerowaniu. Ze względu na tę lukę w wiedzy trudno jest zdecydować, w które miejsce w DNA należy zaatakować, aby osiągnąć najlepszy efekt.

Na szczęście w niedawnym badaniu zespół badawczy z Tokyo Institute of Technology w Japonii starał się rozwiązać ten problem. Jak opisano w ich artykule opublikowanym w Raporty naukowezespół kierowany przez profesora Hideyę Yuasę zastosował innowacyjne podejście do badania, w jaki sposób ¹O₂ rozprzestrzenia się wzdłuż podwójnej nici DNA i jak dobrze może utleniać pobliskie miejsca guaniny (G) w zależności od odległości od fotosensybilizatora.

Naukowcy przygotowali serię dwuniciowych cząsteczek DNA z wieloma miejscami G w różnych miejscach w stosunku do miejsca, w którym zakotwiczył się fotosensybilizator. Następnie, po napromieniowaniu DNA, przeanalizowali, które miejsca G były bardziej utlenione. Warto zauważyć, że zastosowany przez nich fotosensybilizator został zaprojektowany na podstawie wcześniejszych badań, również prowadzonych przez prof. Yuasę. W tym przypadku fotosensybilizator składał się z grupy bifenylowej „wiszącej” z krótkiego, swobodnie obracającego się łącznika związanego z tyminą, jednym z elementów budulcowych DNA. Tym, co sprawiło, że ten fotosensybilizator był szczególnie przydatny w tym badaniu, były jego niewielkie rozmiary — co to zapewniło ¹O₂ dyfuzja nie została znacząco zakłócona – i jej niezwykle wysoka skłonność do produkcji ¹O₂ wyłącznie po napromieniowaniu w porównaniu z innymi fotosensybilizatorami.

Po kilku eksperymentach, po których nastąpiła analiza teoretyczna, zespół ustalił optymalne odległości od fotosensybilizatora, aby osiągnąć najwyższe utlenienie G. Ponadto rzucili światło na pewne mechanizmy elektroniczne, które hamują utlenianie G w pozycjach bliższych fotosensybilizatora. „Nasze badanie dostarcza informacji o tym, jak ¹O₂ porusza się wzdłuż dupleksów DNA bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek, dostarczając w ten sposób wskazówek, jak przezwyciężyć niską reaktywność fotoutleniania typu II w kwasach nukleinowych ukierunkowanych na PDT”, zauważa profesor Yuasa.

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki tej pracy przybliżają nas o krok do PDT nowej generacji, która może stać się doskonałym narzędziem do walki z rakiem. „Nasze mapowanie rozprzestrzeniania się ¹O₂ wzdłuż dupleksów DNA będzie ważny dla opracowania skutecznych i selektywnych środków fotouczulających do PDT”, podsumowuje profesor Yuasa, „Służy również jako eksperymentalna demonstracja dyfuzji cząstek wzdłuż cylindrycznej powierzchni na poziomie molekularnym”.

Wypatruj dalszych postępów w tej technologii, ponieważ wkrótce może ona zacząć ratować życie!