Znajdź zawartość

Melanocyty wykrywają promieniowanie UVA, wykorzystując rodopsynę - światłoczuły barwnik, o którym wcześniej sądzono, że występują tylko w siatkówce oka. Prowadzi to do wytwarzania znaczących ilości melaniny w ciągu zaledwie paru godzin od ekspozycji, co pozwala zapobiec uszkodzeniom materiału genetycznego. Dotąd wiedziano o produkcji melaniny, która rozpoczyna się parę dni po zapoczątkowaniu uszkodzenia DNA przez promieniowanie UVB. Jak tylko znajdziesz się na słońcu, Twoja skóra wie, że oddziałuje na nią promieniowanie ultrafioletowe. To błyskawiczny proces, o wiele szybszy niż zakładano - wyjaśnia prof. Elena Oancea. Podczas eksperymentów laboratoryjnych studentka Oancea Nadine Wicks odkryła wraz z zespołem, że w melanocytach występuje rodopsyna. Udało się także prześledzić etapy uwalniania przez rodopsynę jonów wapnia. Sygnał ten zapoczątkowuje produkcję melaniny. W pierwszym eksperymencie Amerykanie sprawdzali, czy promieniowanie UV uruchamia wapniowy szlak przekazu sygnału (w cytoplazmie komórki wzrasta stężenie kationów Ca2+). Nic się nie stało, ale biolodzy podejrzewali, że skóra może wyczuwać światło jak oko. Dodali więc retinal - kofaktor receptorów opsynowych, a więc i rodopsyny. Gdy światło pada na siatkówkę, 11-cis-retinal (kofaktor) absorbuje foton i następuje przekształcenie w trans-retinal. Zmiana kształtu retinalu wywołuje odpowiadającą transformację białka rodopsyny, czyli opsyny. Kiedy to zrobiliśmy, zobaczyliśmy natychmiastową, masywną reakcję wapniową - opowiada Wicks. Później naukowcy zauważyli, że melanocyty zawierają RNA i białka rodopsyny. Kiedy na komórki oddziaływano promieniowaniem UV, redukcja poziomu rodopsyny ograniczała sygnalizację wapniową. Gdy brakowało retinalu, spadała produkcja melaniny. Ustalono też, że rodopsynę w melanocytach stymuluje raczej promieniowanie UVA niż UVB. Oancea i Wicks zastanawiają się, czy rodopsyna działa sama, czy współpracuje z nieznanym jeszcze receptorem. W przyszłości trzeba się też będzie ustalić, czy melanocyty natychmiast eksportują melaninę do innych typów komórek skóry, czy też pierwsze jej partie zatrzymują, chroniąc siebie.

Ciemne jądra chronią ptaki przed mutacjami plemników (Journal of Evolutionary Biology). Zespół Ismaela Galvána z Université Paris-Sud 11 badał melaninę, której ludzka skóra zawdzięcza swoją barwę. Okazało się, że można ją znaleźć nie tylko tutaj, ale również w jądrach wielu gatunków kręgowców. Melanina występuje głównie w powłoce wspólnej zwierząt (układzie narządów osłonowych pokrywających całe ciało kręgowców; są to skóra oraz jej przydatki, np. gruczoły czy włosy), ale pojawia się też w kilku tkankach pozaskórnych. Francuzi podejrzewali, że skoro pigment jest przeciwutleniaczem, sprawdziłby się jako substancja chroniąca spermę/płciowe komórki macierzyste przed stresem oksydacyjnym i uszkodzeniami DNA. Naukowcy badali 134 gatunki ptaków. Przyglądali się wskaźnikowi mutacji, a konkretnie substytucji, czyli zamiany jednej pary zasad na inną w cytochromie b mitochondriów, które natura wyposażyła we własne DNA (mtDNA) i które odpowiadają za procesy oddchania na poziomie komórkowym (w łańcuchu oddechowym energia jest pozyskiwana podczas etapowego przenoszenia elektronów na końcowy akceptor tlen). Plemniki potrzebują dużych ilości tlenu, dlatego mutacje w mitochondriach stanowią realne zagrożenie dla ich żywotności i reprodukcji. Okazało się, że u 42 gatunków ptaków z ciemniejszymi jądrami, np. u sów czy drozdowatych, wskaźnik mutacji mitochondrialnych był niższy. Melanina najczęściej uwidaczniała się w jądrach w okresie godowym. Poza tym nie zauważono związku między zakresem zaciemnienia upierzenia a zaciemnieniem jąder. Wyniki są tym bardziej interesujące, że melanina występuje u wszystkich organizmów: od bakterii po ssaki. Gdyby melanina rzeczywiście chroniła DNA mitochondriów przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu, powstaje uzasadnione pytanie, czemu nie u wszystkich zwierząt rozwinęło się ciemne zabarwienie jąder. Francuzi dywagują, że powodem może być koszt wytworzenia pigmentu. "Co sugeruje, że zwierzęta, które zaciemniają swoje jądra, postępują tak, ponieważ potrzebują tego ze względu na [historycznie] wysoki wskaźnik mutacji [w mitochondrialnym genomie].

Radioterapia, czyli naświetlanie promieniowaniem jonizującym, to od dawna stosowany sposób zwalczania nowotworów. Powszechnie znana jest jego największa wada: promieniowanie zabijające komórki rakowe jednocześnie szkodzi również zdrowej tkance. Konieczne jest zatem umiejętne, bardzo ostrożnie dozowanie dawek promieniowania, co ogranicza niestety jego możliwości lecznicze. Na pomysł zmniejszenia szkodliwego oddziaływania promieniowania bez zmniejszania dawek wpadli uczeni z nowojorskiego Uniwersytetu Jesziwy. Skupili się oni na jednym z największych zdrowotnych zagrożeń radioterapii: niszczenia komórek szpiku kostnego. To właśnie szpik kostny, a dokładniej zawarte w nim komórki macierzyste, jest producentem krwi w naszych organizmach, jego uszkodzenie powoduje spadek ilości białych ciałek oraz płytek krwi. Ich uwagę zwróciły właściwości melaniny, czyli pigmentu, jaki zawiera ludzka skóra. Pozwala on nam się opalać, daje barwę naszej skórze i włosom, oraz ogranicza on szkodliwe działanie promieniowania ultrafioletowego. Ale jak wykorzystać go do ochrony szpiku kostnego? Jak dostarczyć ochronną substancję do kości? Rozwiązaniem okazała się... nanotechnologia. Cząstki krzemu o wielkości 20 nanometrów pokryto kilkoma warstwami syntetycznej melaniny i wstrzyknięto doświadczalnym myszom. Jak się okazało, cząsteczki z melaniną osadzają się w szpiku kostnym, pozostając tam przez jakiś czas. Można było przystąpić do testów. Myszy z wstrzykniętą nano-melaniną oraz grupę kontrolną poddano napromieniowaniu typowemu dla radioterapii i badano jego skutki przez trzydzieści dni. Sprawdzano wyniki badań krwi, które są doskonałym znacznikiem stopnia uszkodzenia szpiku. Myszy poddane ochronnej kuracji miały się dużo lepiej od grupy kontrolnej, spadek ilości białych ciałek i trombocytów, czyli płytek krwi, był dużo mniej gwałtowny: wynosił zaledwie 10% w porównaniu do 60% u myszy bez melaninowej ochrony. Co ważne, również szybkość powrotu parametrów krwi do normy była dużo wyższa. Wykazano zatem, że podana w tej sposób melanina chroni szpik kostny, podczas eksperymentu nie odnotowano również żadnych szkodliwych skutków ubocznych. Świetnie, ale czy nie melanina nie będzie też chronić komórek rakowych? Ponieważ jednak badano w ten sposób myszy zdrowe, drugi eksperyment miał na celu rozwianie wątpliwości, czy aplikowana melanina nie będzie czasem chronić również guzów nowotworowych, co dyskwalifikowałoby ją z planowanych zastosowań. Badanie powtórzono więc na myszach chorych na nowotwór - czerniaka. W leczeniu wykorzystano radioaktywny izotop, którego cząstki przyczepione były do antyciał. Po wstrzyknięciu izotopu do krwioobiegu antyciała przyczepiają się do cząsteczek melaniny, uwalnianych przez komórki rakowe, a promieniowanie zabija je z niewielkiej odległości. Wyniki pokazały, że melaninowe nanocząstki nie przeszkadzają terapii izotopowej: rozmiar guzów zmniejszał się w takim samym stopniu, jak u myszy z grupy kontrolnej. Również tutaj utrzymywało się ponadto ochronne działanie melaniny na szpik kostny. Krzemowe nanocząstki pokryte melaniną utrzymywały swoją obecność w szpiku nawet do 24 godzin. Ponieważ jednak są bardzo szybko usuwane przez fagocyty, nie powinny stanowić większego problemu, czy zagrożenia, podczas badań nie wykryto żadnych skutków ubocznych. Możliwość ochrony szpiku kostnego podczas radioterapii pozwoli na stosowanie bardziej intensywnej kuracji, zwalczanie guzów szybciej i skuteczniej, zapewne też może nawet ocalić życie wielu chorym. Rezultaty są tak obiecujące, że planuje się już wykorzystanie melaniny do ochrony innych wrażliwych tkanek ludzkiego organizmu. Na celowniku uczonych będzie teraz analogiczna ochrona komórek układu trawiennego. Możliwe są także pozakliniczne zastosowania melaniny, np. podczas wycieków radioaktywnych, czy u astronautów, którzy są narażeni na duże dawki promieniowania, być może nawet podczas teoretycznych ataków bronią atomową. Opracowana terapia musi być jeszcze dokładnie przebadana, testy kliniczne, czyli na prawdziwych chorych, rozpoczną się w ciągu dwóch - trzech lat. W badaniach brali udział naukowcy z Koledżu Medycznego im. Alberta Einsteina na Uniwersytecie Jesziwy: Andrew Schweitzer, Arturo Casadevall, Leo Forchheimer, Julia Forchheimer, Ekarerina Dadachov, Sylvia Olnick, Robert S. Olnick.

Realizowany od kilku lat plan ratowania słynnej jaskini w Lascaux, na ścianach której odnaleziono malowidła pozostawione przez plemiona ludzi pierwotnych, traci na skuteczności. Próby eliminacji grzybów i bakterii porastających ściany pieczary stają się coraz mniej efektywne ze względu na ich narastającą oporność na stosowane środki. Problemy z niechcianymi mikroorganizmami zaczęły się już po kilku latach od odkrycia jaskini w 1940 roku. Dopuszczenie w to miejsce turystów spowodowało katastrofalne zmiany w mikroklimacie groty. Ich najważniejszym efektem był gwałtowny rozwój grzybów i bakterii, które kilka lat temu zaczęły bezpośrednio zagrażać bezcennym malowidłom. W 1963 jaskinia w Lascaux została zamknięta dla turystów, lecz niezwykłe parametry jej wnętrza wciąż nie wróciły do normy. Aby ocenić, jak daleko zaszły niepożądane zmiany, kilka lat temu pobrano wymazy ze ścian jaskini. Jak można było przewidzieć, w miejscach szczególnie popularnych wśród turystów różnorodność mikroorganizmów była wyjątkowo duża, zaś pobrany materiał zawierał nawet bakterie potencjalnie groźne dla człowieka. Szczególną uwagę badaczy przykuł jednak gatunek zabarwionego na czarno grzyba, który zaczynał bezpośrednio zagrażać cennym malowidłom. W odpowiedzi na zagrożenie badacze rozpoczęli intensywną akcję usuwania niechcianego gościa. Początkowo przynosiła ona oczekiwane rezultaty, lecz po pewnym czasie uświadomiono sobie, że pomimo zabicia grzyba, na ścianach groty pozostawały resztki melaniny - pigmentu odpowiedzialnego za ciemne zabarwienie mikroorganizmu. Na tym jednak nie koniec złych wieści... Najnowsze badania wykazały, że środki zastosowane do zwalczenia niechcianych mikroorganizmów stały się w dużym stopniu nieskuteczne. Jest to efektem narastającej oporności mikroorganizmów, lecz także budowy związku używanego do dezynfekcji. Rozpada się on na łatwo przyswajalne związki azotu i węgla, przez co, zamiast niszczyć bakterie i grzyby, staje się dla nich... pożywką. Jeden z naukowców zaangażowanych w najnowsze badania, Claude Alabouvette, podsumowuje: teraz sami się zastanawiamy, co jest bardziej niebezpieczne: leczenie czy zaniechanie leczenia. Podobnych wątpliwości nie ma jednak Robert J. Koestler, ekspert z zakresu konserwacji obiektów muzealnych: myślę, że [zaniechanie działania] to zły pomysł, ponieważ nawet jeżeli naukowcy znajdą sposób na zabicie grzyba, melanina wciąż będzie zanieczyszczała ściany. Prawdopodobnie nikt nie potrafi przewidzieć, co uczynią naukowcy. Pozostaje jednak mieć nadzieję, że bezcenna zawartość jaskini w Lascaux zostanie uratowana.

Japońscy naukowcy znaleźli alternatywę dla odbarwiania włosów wodą utlenioną przed właściwym farbowaniem np. na jasny kolor. Wykorzystano enzym z grzybów, który naturalnie rozkłada melaninę. Dr Kenzo Koike z Kao Corporation's Beauty Research Center w Tokio podkreśla, że używanie wody utlenionej wiąże się z efektami ubocznymi. Ponieważ włosy rosną mniej więcej centymetr na miesiąc, zabieg trzeba powtarzać, a H2O2 uszkadza włosy, przez co stają się one łamliwe i pozbawione połysku. Poza tym związek ten podrażnia skórę. Wydaje się, że naukowcy znaleźli na to sposób – enzym z grzybów Basidiomycete ceriporiopsis (rodzaju białej zgnilizny), które jak dotąd okazały się przydatne np. podczas usuwania zanieczyszczeń gleby. Enzym ma jeszcze jeden plus. Doskonale radzi sobie z wolnymi rodnikami, a woda utleniona prowadzi do ich powstania, dlatego jej stosowanie wiąże się z uszkodzeniem włosów. Koike zaznacza, że wyizolowany enzym może uzupełnić skład tradycyjnych odbarwiaczy, dzięki czemu produkty koloryzujące będą zawierać mniej H2O2. Japończycy właśnie nad nimi pracują. Ponieważ enzym potrzebuje odrobiny wody utlenionej, by dokończyć reakcję chemiczną, nie da się całkowicie zrezygnować z roztworu nadtlenku wodoru. Testy laboratoryjne wykazały, że enzym rozkłada zarówno sztuczną melaninę, jak i naturalny barwnik ludzkiego włosa. Na razie sporą przeszkodą jest dostęp do niewielkich ilości enzymu. Z grzybów udaje się pozyskać ok. miligrama enzymu, dlatego kiedy naukowcy zdołali zidentyfikować kodujący go gen, został on wprowadzony do Escherichia coli. Niestety, ta "fabryka" się nie sprawdziła i badacze poszukują lepszych mikroorganizmów, które można by wykorzystać do tego celu. Niedługo chemicy zamierzają zidentyfikować mechanizm, za pośrednictwem którego enzym rozkłada melaninę. "Chociaż spodziewam się, że melanina jest degradowana przez utlenianie, nie znamy dokładnego mechanizmu reakcji".

Włoscy naukowcy udowodnili, że mierząc zawartość melaniny w próbce włosów danej osoby, można ocenić ryzyko, że zachoruje ona na czerniaka (American Journal of Epidemiology). Zawartość melaniny wskazuje na rodzaj skóry badanego. Dr Stefano Rosso z Piedmont Cancer Registry w Turynie tłumaczy, że na tej podstawie można by indywidualnie ustalać, co jaki czas trzeba się zgłaszać na wizyty kontrolne u lekarza. Stężenie barwnika we włosach da się określać na różne sposoby. W eksperymentach włoskiego zespołu badano włosy Europejczyków i mieszkańców Ameryki Południowej. W latach 2001-2002 wzięli oni udział w zakrojonych na szeroką skalę badaniach dotyczących nowotworów. Dziewięćdziesiąt osiem osób z czerniakiem porównywano z równoliczną grupą kontrolną. Naukowcy zaobserwowali, że najpewniejsze wyniki uzyskuje się dzięki określaniu stężenia kwasu 2,3,5-pyrroletrikarboksylowego (PTCA). Powstaje on wskutek utleniania eumelaniny, czyli czarnej odmiany melaniny. Po uwzględnieniu koloru włosów, oczu i liczby piegów badacze stwierdzili, że pacjenci ze stężeniem PTCA poniżej 85 ng/mg zapadają na nowotwory skóry 4-krotnie częściej od pozostałych uczestników eksperymentu. Kiedy posłużono się spektroskopią w bliskiej podczerwieni, według specjalistów, szybszą, ale mniej dokładną metodą określania stężenia eumelaniny, stwierdzono 2-krotnie podwyższone ryzyko zachorowania. Różnica między grupami stawała się jednak nieistotna statystycznie po uwzględnieniu innych czynników ryzyka. Zespół Rossy chce ulepszyć spektroskopię w bliskiej podczerwieni i rozszerzyć badania PTCA na raka podstawnokomórkowego i płaskokomórkowego.

Badacze australijscy uważają, że szybko rosnące czerniaki mają kilka charakterystycznych cech: są grubsze, symetryczne, wyniesione, mają regularne granice, często swędzą lub krwawią. Nie podpadają więc pod kryteria diagnostyczne typowego czerniaka: asymetrycznego, nierównomiernie wybarwionego, z nieregularnym obrzeżem i sporą średnicą. Ponieważ szybko rosną, istnieją niewielkie szanse na uchwycenie ich na początkowych etapach rozwoju — powiedziała Reuterowi dr Wendy Liu. Szybko rosnące czerniaki mogą wystąpić u każdego, niekoniecznie u osoby z dużą liczbą piegów oraz znamion. W rzeczywistości częściej odnotowuje się je u pacjentów z małą ich liczbą i u starszych mężczyzn. Morfologicznie często bywają czerwone (nie czarne i brązowe), symetryczne, wyniesione i dające objawy. Dr Liu i zespół z Alfred Hospital w Melbourne opisali swoje doświadczenia z 404 pacjentami onkologicznymi na łamach pisma Archives of Dermatology. Jedna trzecia czerniaków rosła 0,5 mm na miesiąc lub więcej. Te szybko rosnące nowotwory były grubsze, charakteryzował je także wyższy wskaźnik mitotyczny (czyli prędkość, z jaką dzielą się komórki rakowe) oraz brak melaniny. Pani doktor uważa, że do tej pory dużo zrobiono w zakresie programów wczesnego wykrywania powszechniejszych i mniej agresywnych postaci czerniaka. Teraz przyszedł jednak czas, by skupić się na szybko rosnących, biologicznie agresywnych czerniakach, które mogą prędko doprowadzić do zgonu. Dlatego należy zgłaszać się do lekarza z każdą zmianą skórną, nawet jeśli wydaje się, że to nie może być czerniak...

Naukowcy z University of Missouri-Columbia opracowali technikę zwaną detekcją fotoakustyczną, która pozwala wychwycić dźwięk wydawany przez komórki czerniaka złośliwego. Twierdzą, że ich metoda jest tak czuła, że umożliwia onkologom wykrycie w próbce krwi 10 (!) komórek nowotworowych. To niezwykle ważne, ponieważ ma to miejsce na etapie, zanim dostaną się one do innych narządów, tworząc przerzuty. Badacze napisali na łamach magazynu Optics Letters, że wykorzystali łącznie 3 różne technologie: laserową, optyczną oraz akustyczną. Za pomocą lasera zmuszają komórki nowotworowe do drgania, a następnie wyłapują wydawane przez nie charakterystyczne dźwięki. Mikroskopijne czarne granulki melaniny, które znajdują się w komórkach rakowych, absorbują energię światła niebieskiego lasera. Kiedy rozciągają się i kurczą, wydają specyficzny trzeszczący dźwięk. Jest on wyłapywany przez mikrofony i komputerowo analizowany. Jak tłumaczy John Victor, inżynier zajmujący się biomedycyną, inne ludzkie komórki nie zawierają pigmentu o tym samym kolorze co melanina, a więc wydawane przez nią odgłosy wybijają się na tle szumu. Jedynym wyjaśnieniem, dlaczego melanina znajduje się w krwi, jest obecność komórek czerniaka złośliwego. Na wykonanie testu potrzeba ok. 30 minut. Badanie krwi pozwala uspokoić pacjentów, którym operacyjnie usunięto nowotwory, że wszystko jest w porządku lub umożliwia onkologom podjęcie szybkiej decyzji o rozpoczęciu chemioterapii. Z powodu obecności melaniny czerniaki są na razie jedynymi nowotworami, które można w ten sposób wykrywać. W przypadku innych raków naukowcy planują jednak zastosowanie sztucznie wprowadzanych materiałów, mogących absorbować światło i emitować dźwięki.

Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia uda im się wynaleźć metodę uzyskiwania prawdziwej opalenizny bez konieczności opalania się na słońcu. Byłaby ona bezpieczna nawet dla jasnych i wrażliwych cer. Obecnie pracują ze związkiem uzyskiwanym z roślin — forskoliną. Występuje ona m.in. w korzeniach pokrzywy indyjskiej. Chroni myszy przed promieniowaniem UV i pozwala jednocześnie uzyskać efekt opalenizny, stymulując melanocyty skóry do wytwarzania pigmentu. Forskolina jest znana także jako substancja pobudzająca termogenezę oraz aktywująca proces spalania tkanki tłuszczowej. Zdolność do opalania się jest w dużej mierze kontrolowana przez hormon melanotropowy (ang. melanocyte-stimulating hormone), który łączy się z receptorami melanokortyny typu pierwszego (MC1R), znajdującymi się na zewnątrz melanocytów. U wielu osób z rudymi włosami i jasną karnacją występują defekty tych receptorów, co w praktyce oznacza, że właściwie nie mogą się opalić i są w związku z tym narażone na nowotwory skóry. John D'Orazio z University of Kentucky College of Medicine w Lexington posłużył się w swoich eksperymentach myszami z wydepilowaną sierścią (wszystkie miały nieprawidłowe receptory MC1R). Na skórę zwierząt nanoszono forskolinę. Naukowiec chciał w ten sposób wykazać, że gryzonie mogą odzyskać zdolność do wytwarzania melaniny. Kiedy myszy były smarowane forskoliną na cztery godziny przed wystawieniem na działanie promieniowania ultrafioletowego, były w stanie się "opalić". W drugim eksperymencie wzięły udział myszy podobne do tych z pierwszego badania. Były szczególnie podatne na zachorowanie na nowotwór skóry. Codziennie przez 20 tygodni poddawano je działaniu odpowiednika 1-2 godzin promieniowania słonecznego na Florydzie w godzinach południowych. U 9 gryzoni z grupy kontrolnej rozwinęło się 11 guzów, występowały też objawy uszkodzenia skóry. U 9 zwierząt z grupy smarowanej forskoliną odnotowano tylko 6 przypadków nowotworów, a ich skóra była uszkodzona w mniejszym stopniu. D'Orazio zauważa, że nie ma logicznej przyczyny, czemu metoda jego zespołu badawczego nie miałaby się sprawdzić w przypadku ludzi, chociaż nie przeprowadzono jeszcze odpowiednich prób klinicznych. Ponieważ forskolina stymuluje melanocyty, pozwalałaby uzyskać opaleniznę osobom z jasną karnacją, dostarczając im jednocześnie ochrony przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym. Opalenizna forskolinowa ma też przewagę nad tradycyjnymi kosmetykami z filtrami UV: nie zmywa się. O szczegółach badań można przeczytać na łamach magazynu Nature.