Kiedyś w laboratorium (81.) - kolorymetryczne oznaczanie glutenu

 Gdy jeszcze pracowałem w laboratorium kontroli jakości w Korycinach, jednym z ważnych ale bardzo rzadko wykonywanych oznaczeń, było sprawdzanie obecności i stężenia glutenu w produktach, co do których producent chciał się chwalić, że są nisko/bezglutenowe.

Samo tylko branie surowców roślinnych, które glutenu w sobie nie zawierają, to jeszcze za mało, aby produkt można było w taki sposób oznaczać. Wystarczą zanieczyszczenia na linii produkcyjnej i kłopot gotowy. Słyszałem, że zdarzały się przypadki silnego zanieczyszczenia ziół pszenicą z powodu użycia do zbioru z pola kombajnu, wcześniej użytego do zbóż; dlatego zapewnienia dostawcy, że roślina nie rosła obok pszenicy trzeba brać ostrożnie. Podobny problem dotyczy przypraw - te sprowadzane z zagranicy już sproszkowane mogą być zanieczyszczone, choćby z powodu praktyki przesypywania niezmielonych części jakąś mączką aby się nie sklejały na pryzmie.

Wedle przepisów, za bezglutenowy podać można produkt zawierający mniej niż 20 ppm glutenu; to jest mniej niż 20 mg/kg. Granica jest więc mocno wyśrubowana i nietrudno o jej przekroczenie. Więc aby nie było problemów, skarg od klientów czy wycofywania partii, dobrze jest badać sprawę na miejscu.

W laboratorium używaliśmy testu immunochemicznego Elisa, z użyciem gotowych płytek z dołkami, odczytywanych przez specjalny skaner. Zawartość glutenu wpływała na natężenie koloru w dołku, było to zatem oznaczanie kolorymetryczne.

Płytka testowa. W górnym rzędzie próby ślepe i seria wzorców

Metodyka działania testów Elisa jest w większości przypadków podobna i opiera się o podobne mechanizmy co odporność organizmu i reakcja na patogeny. Organizm po wprowadzeniu do niego obcego białka, czyli antygenu, wytwarza rozpoznające je przeciwciała. Te po związaniu się z antygenem tworzą kompleks, który jest zjadany i unieszkodliwiany przez białe krwinki. Specyficzność wiązania przeciwciała z antygenem jest wysoka, stąd pomysł użycia do testów chemicznych.

Test używany w tym przypadku opierał się o technikę podwójnego wiązania. Dołki w płytce do testów zawierają żelowe podłoże, w którym związane zostały specyficzne przeciwciała anty-gluten. Po wprowadzeniu do dołu roztworu otrzymanego z próbki, obecny gluten wiąże się z przeciwciałami, tworząc jednostronny kompleks:

Płytka--[przeciwciało]----(gluten)

Roztwór jest teraz wylewany a dołek przepłukiwany buforem. Chodzi o usunięcie śladów niezwiązanego antygenu, aby nie przeszkadzał. Teraz dołek zawiera podłoże z unieruchomionym kompleksem, w którym gluten jest przyłączony na raz tylko z jednym przeciwciałem od jednej strony. Teraz dodajemy do dołka drugi roztwór, zawierający kolejne przeciwciała anty-gluten, ale tym razem połączone ze znacznikiem. Dla większej specyficzności powinny to być przeciwciała wiążące się z drugim końcem antygenu, niż te związane z podłożem. Obrazowo można by to wyjaśnić, że pierwsze wiążą się z sekwencją "glu" a drugie z sekwencją "ten".

Drugie przeciwciała zawierają połączony z nimi jakiś enzym, który posłuży do uwidocznienia. Może to być peroksydaza chrzanowa, która utlenia pewne związki pod wpływem wody utlenionej, albo jakaś fosfataza. Powstaje teraz kompleks dwustronny, z przeciwciałem obklejonym antygenami z dwóch stron:

Płytka---[przeciwciało]----(gluten)----[przeciwciało]---enzym

Cały ten długi łańcuch służy więc w istocie temu, aby przytwierdzić do podłoża enzym końcowy. Po kolejnym przepłukaniu dołka zalewa się go w końcu właściwym substratem. Jest to jakiś związek, który w warunkach roztworu jest przemieniany enzymem w inną substancję o wyraźnym zabarwieniu. Substrat ma w roztworze pewne określone stężenie. Enzym ma w buforze aktywność, to jest "moc przerobową" wywołania reakcji określonej ilości cząsteczek w jednostce czasu, dlatego reakcja powinna trwać przez konkretny czas, przewidziany przez producenta. Reakcję przerywa się następnie roztworem kończącym i w tym momencie intensywność zabarwienia, czyli po prostu stężenie produktu barwnego, zależy od stężenia antygenu w próbce. W moim przypadku substratem była zapewne tatrametylobenzydyna, która utleniona peroksydazą zamienia się w niebieski barwnik. 

 

Roztwór kończący to kwas siarkowy, który uniemożliwia dalsze utlenianie substratu i zmienia jego kolor na żółty. Podobna reakcja utlenienia benzydyny, katalizowana przez hemoglobinę, bywa czasem używana do kryminalistycznego wykrywania śladów krwi.

Jak łatwo się domyśleć, jeśli w roztworze nie ma antygenu, to całe te łańcuchy kompleksów się nie tworzą,  dodane na sam koniec przeciwciała z enzymem nie zostają związane i wypłukuje je płukanie dołka. Z kolei w razie obecności antygenu ilość cząsteczek enzymu związanego na samym końcu zależy od ilości cząsteczek antygenu w początkowym roztworze, co przy standaryzowanym stężeniu substratu i określonym czasie trwania reakcji doprowadza do stężenia końcowego produktu barwnego zależnego dokładnie od stężenia antygenu w próbce. Czyli w tym przypadku od ilości glutenu. Czułość testu była dostatecznie duża, aby wykryć śladowe ilości glutenu w próbkach zawierających go nawet kilka razy mniej niż ustawowe 20 ppm.

Sama procedura analityczna nie jest skomplikowana, ale może być nieco uciążliwa i czasochłonna. Próbki zmielić oddzielnie lub przy pomocy młynka przepłukiwanego dokładnie po każdej innej próbce. Roztwory na dołki nakłada się pipetą automatyczną na określony czas, co może sprawiać problemy przy dużej ilości próbek. Pamiętam jak raz użyliśmy całej jednej płytki (45 próbek po 2 razy). Nie mieliśmy na stanie pipety z rzędem wielu końcówek, więc aby wyrobić się z dodawaniem odczynników do wszystkich dołków w przepisowym czasie, pipetowaliśmy na cztery ręce, bo inaczej zanim by się z jedną pipetą doszło do 96 dołka, to z pierwszego już trzeba wylewać. Cała procedura to "wlej do dołka roztwór 1 i poczekaj X minut, wylej, dodaj roztwór 2 i odczekaj x minut; wylej, dodaj bufor, wylej, powtórz płukanie, wylej, dodaj roztwór 4 itd. itp.".

Odczynniki mają ograniczoną trwałość i muszą być przechowywane w zamrażarce, i w zasadzie to one są najdroższe w całym tym oznaczaniu.

Chemiczne wieści (15.)

Nowa metoda wykrywania pestycydów w jedzeniu:
Problemem badań analitycznych jest oddzielenie badanych substancji od wszystkiego innego w próbce. Rozdział i przygotowanie oczyszczonej frakcji bardzo spowalniają samą analizę. Badacze z Singapuru zaproponowali ostatnio szybką metodę rozdziału do badania żywności - do rozmiksowanej próbki warzyw dodaje się mikrocząstki pochłaniające substancje podobne do pozostałości pestycydów. Cząstki zawierają wewnątrz magnetyczny tlenek żelaza, więc po pewnym czasie wystarczy zanurzyć w próbce magnes, aby oddzielić je od roztworu. Potem cząstki przemywa się rozpuszczalnikiem zmywając z nich pochłonięte substancje a otrzymany roztwór trafia do analizy. Magnetyczne cząstki można potem użyć jeszcze 30 razy.
W zasadzie jest to modyfikacja metody ekstrakcji do fazy stałej (SPE) o której pisałem przy okazji analizy zawartości kofeiny w kawie.[1]

Lustrzany świat hormonów
Na blogu kilkakrotnie wspominałem już o chiralnych cząsteczkach związków chemicznych. Chiralność to sytuacja, gdy cząsteczka nie posiada elementów symetrii takich jak środek czy płaszczyzna inwersyjna. Geometria ta powoduje, że możliwe stają się dwa izomery tej cząsteczki, wyglądające jak lustrzane odbicia, które nie nakładają się na siebie. Podobny kształt mają nasze dłonie. Lustrzane odbicie jednej wygląda jak druga, ale kształt jednej dłoni nie nałoży się dokładnie na kształt drugiej, choćbyśmy je nie wiem jak wykręcali. Stąd też bierze się nazwa - chiralność od greckiego słowa chira, czyli ręka.

Lustrzane izomery tej samej cząsteczki mają takie same właściwości fizyczne i chemiczne, ale różnie oddziałują z innymi chiralnymi cząsteczkami. Najlepszym tego świadectwem jest różne działanie biologiczne izomerów geometrycznych leków. My sami zbudowani jesteśmy z chiralnych białek, a te z chiralnych aminokwasów. Wszystkie aminokwasy budulcowe w organizmie stanowią izomer L.
Ponieważ jednak umiemy już dziś syntetyzować nienaturalne izomery aminokwasów, czyli izomery D, oraz umiemy sztucznie syntezować białka o zadanej kolejności aminokwasów, rodzi się oczywiste pytanie - jak mogłyby działać na organizm lustrzane izomery całych białek?

Przykładowe izomery prostego tripeptydu. Credit: Pablo Gainza

Badacze z uniwersytetu w Toronto zainteresowali się tym tematem podczas poszukiwań nowych leków. W niektórych chorobach stosowanymi lekami są krótkie białka, peptydy, mające pełnić odpowiednie funkcje biologiczne, zastępować enzymy których w organizmie brakuje, lub blokować te, których jest nadmiar. W leczeniu cukrzycy używane są na przykład mimetyki GLP-1, naśladujące białko które aktywizuje enzymy inkretyny, co wpływa na obniżenie poziomu cukru we krwi.
 Ich stosowanie wiąże się jednak z licznymi problemami - muszą być wstrzykiwane domięśniowo, bo w układzie pokarmowym są trawione przez enzymy trawiące białka; we krwi krążą krótko, rozkładane przez inne enzymy, w dodatku organizm może zareagować na nie alergicznie.

Badacze przeprowadzili symulację, sprawdzając czy istnieją D-izomery krótkich peptydów, które będą tak samo dobrze aktywować GLP-1. Znaleźli pewną obiecującą cząsteczkę, którą zsyntezowano i przetestowano. Otrzymany związek wywoływał taką samą odpowiedź komórek, ale efekt utrzymywał się dłużej.
Ponieważ wszystkie białka w organizmie mają konfigurację L, to peptyd będący izomerem D będzie po pierwsze nie trawiony przez enzymy trawienne bo te, same będąc cząsteczkami chiralnymi, są przystosowane do trawienia L-peptydów, dzięki czemu lek będzie można zażywać w tabletkach; oraz po drugie D-peptyd nie będzie tak szybko eliminowany z krwioobiegu co przedłuży jego działanie i spowoduje, że potrzebne będą mniejsze dawki.

Podobny D-izomer otrzymano też dla peptydomimetyków parathormonu, które podawane są przy zaburzeniach czynności przytarczyc. [2]

Sztuczny słodzik w chemioterapii
Dokładne badania molekularne wykazały kilkanaście lat temu, że w wielu złośliwych nowotworach wyjątkowo dużą ekspresję posiada enzym anhydraza węglanowa IX, która normalnie jest wydzielana w nerkach do usuwania kwasu węglowego z krwi. Jej duża aktywność sprzyja szybkiemu rozrostowi guzów i naciekaniu na okoliczne tkanki. Zaczęto więc uzupełniać terapię o inhibitory tego enzymu, dotychczas stosowane w medycynie jako diuretyki, środki zmniejszające ciśnienie wewnątrz oka czy łagodzące objawy choroby wysokogórskiej. Wstępne wyniki testów są obiecujące i niektóre takie środki wchodzą w fazę badań klinicznych.

Inhibitory te mają jednak swoje wady, w tym skutki uboczne jak wymioty, zmęczenie, objawy grypopodobne. Wiążą się one w dużym stopniu z małą selektywnością leków. Organizm wytwarza 15 różnych anhydraz węglanowych, które pełnią różne funkcje w organizmie, tymczasem nowotwory złośliwe wykazują nadekspresję tylko jednego, anhydrazy IX. Lek, który hamuje działanie nie tylko tego jednego enzymu, ale też i kilku innych, będzie wywoływał dodatkowe niekorzystne skutki.

Zaczęto zatem szukać substancji, które byłyby inhibitorami dużo bardziej selektywnymi. Niedawno doniesiono, że dość selektywne działanie wykazuje sacharyna, pierwszy sztuczny słodzik, wprowadzony do użytku jeszcze w XIX wieku. W tym roku postanowiono przetestować kolejny słodzik - acesulfam, którego struktura jest podobna do sacharyny. Okazało się, że nie tylko wiąże się z enzymem mocniej, ale też dużo bardziej selektywnie i potencjalnie mógłby być, w odpowiednio dużych dawkach, użyty jako dodatkowy składnik terapii nowotworowych. Zastosowanie to byłoby o tyle ułatwione, że jako stary, od dawna znany związek, został przebadany na bardzo wiele sposobów, a to ułatwia rejestrację w nowym zastosowaniu (w zasadzie efekty toksykologiczne, sprawdzane w badaniach klinicznych I fazy, zostały już zbadane).
Naukowcy jednak na tym nie poprzestają, sprawdzają pochodne acefulfamu, chcąc znaleźć jeszcze lepszy związek.[3]

Zdjęcie atomu
Niedawno media obiegła wiadomość, w jakimś stopniu uzupełniająca mój artykuł o obrazowaniu atomów. Udało się przeprowadzić doświadczenie, które umożliwiło ukazanie pojedynczego atomu. Pojawiły się w związku z tym różne wątpliwości ze strony mało rozumiejących eksperyment czytelników, którzy wątpili, czy atom może odbić na tyle dużo światła aby dało się go zobaczyć.
Eksperyment jest bardzo prosty, choć nie nadaje się za bardzo jako technika obrazowania atomów, nie pozwala bowiem na uchwycenie żadnych szczegółów.

Pojedynczy jon strontu został schwytany w pułapkę pomiędzy potężnymi magnesami i między dwoma elektrodami z przyłożonym napięciem. Naładowana cząstka chce poruszać się wzdłuż linii pola elektrycznego, będąc wciąganą w obszar największego gradientu dokładnie pomiędzy elektrodami. Jednak umieszczenie jej w polu magnetycznym powoduje powstanie siły Lorentza, która zakrzywia jej tor. Jon zaczyna więc kręcić małe kółeczka. W osi pionowej utrzymuje go pole magnetyczne, a pole elektryczne nie pozwala mu uciec na boki. Odpowiednia modulacja pola magnetycznego lub elektrycznego ogranicza naładowaną cząstkę do bardzo małej przestrzeni, w obrębie której może jedynie drgać. Jest to najprostszy przypadek pułapki jonowej.
Dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranej selekcji, poprzez dodawanie jonom na tyle małych dawek energii aby pojedynczo uciekały z pułapki, można doprowadzić do stanu, gdy zamknięty pozostanie pojedynczy jon. Jak go jednak ujawnić?

Jon strontu został oświetlony ultrafioletem o tak dobranej długości fali, że w jonie zachodziła fluorescencja, to jest pochłaniał fotony ultrafioletu po czym zaraz wypromieniowywał wchłoniętą energię, ale z przesunięciem częstotliwości, świecąc już w zakresie widzialnym. Oczywiście natężenie tego świecenia dla pojedynczej cząstki jest nikłe, jednak przy użyciu odpowiednio czułego aparatu, i długiego, 30-sekundowego czasu naświetlania, nazbierało się go dostatecznie dużo, aby na fotografii ujawnił się mały, jasny punkcik.

Czy punkt ten jest obrazem atomu? I tak i nie. Atom w pułapce zatacza pewną zamkniętą orbitę, toteż gdyby zastosować duże przybliżenie, zamiast punkcika widzielibyśmy pewnie skomplikowaną krzywą. Jest ona jednak w pułapce tak mała, że w użytej rozdzielczości nadal stanowi bezszczegółowy punkt. Uchwycony obraz jest więc raczej statystycznym położeniem atomu, który emitując fotony wykonał w ciągu tych 30 sekund ogromną ilość drgań w pułapce. Zarazem jednak na obraz składa się światło pochodzące od pojedynczego atomu, wykazując, że możliwe jest optyczne wykrycie nawet tak małej cząstki materialnej.[4]
-------------
Źródła:
[1] Xi Yu et al. Pyrethroid residue determination in organic and conventional vegetables using liquid-solid extraction coupled with magnetic solid phase extraction based on polystyrene-coated magnetic nanoparticles, Food Chemistry (2016). DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.08.115
[2] Michael Garton el al., Method to generate highly stable D-amino acid analogs of bioactive helical peptides using a mirror image of the entire PDB," PNAS (2018). http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1711837115
[3] Akilah B. Murray et al. "Seriously Sweet": Acesulfame K Exhibits Selective Inhibition Using Alternative Binding Modes in Carbonic Anhydrase Isoforms, Journal of Medicinal Chemistry (2017). DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b01470
[4]  https://www2.physics.ox.ac.uk/research/ion-trap-quantum-computing-group

Detoksy-Mistyfikacje

Panująca w ostatnich latach moda na oczyszczanie organizmu z bliżej nieokreślonych "toksyn", posiada dwie charakterystyczne cechy - wyolbrzymianie przyczyn i wyolbrzymianie efektów oczyszczenia. To pierwsze realizowane jest przez przypisanie aktualnie modnej przyczynie wszystkich ciężkich chorób, raz wszystkie choroby wywołują "robaki" kiedy indziej grzyby, raz są to metale ciężkie, kiedy indziej opryski rolnicze, raz szczepionki, kiedy indziej mleko. Do wyboru, do koloru, nie sposób trafić na człowieka, który z tym kontaktu nie miał.
Natomiast wyolbrzymiane skutków oprócz obietnicy wyleczenia z ciężkich chorób, oraz równie ważnego schudnięcia w dwa tygodnie, odbywa się też przez zaprezentowanie detoksu w efektownej wizualnie formie. Najlepiej byłoby, gdyby uwalniane toksyny było dobrze widać. Jeszcze lepiej, gdyby wyglądało to obrzydliwie i przypominało brud. Jeśli zaś toksyny nie chcą tak ładnie wyglądać, trzeba im jakoś pomóc...

Plastry czyli brunatnienie octu
Plastry detoksyfikujące wciąż jeszcze są dosyć popularne. Nakleja się je na stopy na noc i rano są całe zbrązowiałe, pokryte kleistą substancją i niemile pachną. I oczywiście ta brązowa substancja to toksyny z organizmu.

Problem w tym, że podobny efekt daje zwilżenie plastra. W ich składzie znajdują się substancje chłonące wilgoć i wyciągi roślinne o brązowym kolorze. W ciągu nocy plaster chłonie wilgoć ze skóry, zwłaszcza pot, więc rano są wilgotne a zawartość saszetki zabawia plaster na brązowo.
Ale, ale - przecież jeśli stosuje się je regularnie, to po pewnym czasie przestają brązowieć. Z czego to wynika? Jednym ze składników takich plastrów jest ocet drzewny otrzymywany ponoć z pędów bambusa. Kwas octowy działając kilka godzin na skórę przez kilkanaście dni, powoduje obkurczenie gruczołów potowych i przejściowe zmniejszenie potliwości na tym fragmencie skóry.

Robiono już testy z ochotnikami i po przeanalizowaniu składu plastrów nie stwierdzono, aby po całonocnym użytkowaniu pojawiały się w nim jakieś metale ciężkie czy znane substancje toksyczne.[1]

Wanna z błotkiem czyli elektroliza
Pod pewnym względem podobna wydaje się popularna zwłaszcza kilka lat temu metoda z wanienkami, mającymi wywoływać wydalenie toksyn przez stopy. Zanurzało się stopy w korytku, trzymało w rękach elektrody, a po pewnym czasie od włączenia urządzenia, woda robiła się brązowa i śmierdziała. Prowadzący zabieg tłumaczył, że oto pole elektryczne spowodowało wydalenie toksyn do wody i to brązowe w misce to nasze toksyny.

Urządzenie składa się przede wszystkim z miski na wodę i płaskich elektrod, koniecznie stalowych bo inaczej nie zadziała, zasilane jest najczęściej zasilaczem podobnym do tych do telefonów komórkowych, stosując niskie napięcie 12 V i bezpiecznie niskie natężenie.
Dlaczego elektrody muszą być stalowe? Bo inaczej nie zrobi się nam błotko. Nie jest potrzebne nawet wkładanie stóp, zrobi się samo byle płynął prąd.

W urządzeniu takim zachodzi prosta elektroliza wody, zwykle lekko posolonej dla lepszego przewodnictwa, z prądem stałym podłączonym w taki sposób, że na elektrodach w wodzie pojawia się ładunek dodatni. Pod wpływem takiego ładunku zachodzi reakcja utlenienia żelaza z elektrody, w pewnym stopniu też wydzielenie tlenu. Jony żelaza i tlen tworzą tlenki i wodorotlenki, tworzące ostatecznie brązowy osad, zaciemniający wodę i udający toksyny. Efekty wizualne zabiegu nie mają żadnego związku z detoksem.
Biorąc pod uwagę, że stale nierdzewne zawierają domieszki niklu i chromu, które mogą uwalniać się podczas zabiegu do roztworu, namaczanie w nim stóp może się okazać bardzo szkodliwe dla skóry. Nie od dziś wiadomo, że nikiel jest silnym alergenem a chrom wywołuje podrażnienia.

Teoretycznie puszczenie napięcia od rąk do stóp mogłoby spowodować migrację jonów z organizmu do wody, za sprawą jonoforezy, czyli ruchu jonów pod wpływem prądu elektrycznego. Jednak aby, jak to piszą wykonujący ten zabieg szarlatani, usuwać w ten sposób kationy metali ciężkich należałoby... podłączyć prąd dokładnie odwrotnie! Kationy, czyli jony o ładunku dodatnim, migrują do elektrody o ładunku ujemnym, bo przeciwieństwa (elektryczne) się przyciągają.
Ale jak się już domyślacie, podłączenie prądu odwrotnie nie będzie utleniało elektrod i barwiło wody na brązowo. Warto by więc rozważyć, czy przypadkiem podczas zabiegu nie dochodzi do elektroforetycznego wchłaniania do organizmu wspomnianych niklu i chromu z rozpuszczonej elektrody. Co byłoby dla nas dużo bardziej szkodliwe.

W 2012 roku wykonano zresztą eksperymenty z użyciem dostępnych komercyjnie zestawów "Jonowej Kąpieli Stóp". Najpierw badacze przygotowali roztwór soli w destylowanej wodzie, w ilości podanej przez producenta urządzenia i zbadali zawartość w nim kilkunastu pierwiastków. Następnie wlali do urządzenia i włączyli zgodnie z przepisem na 20 minut, bo tyle trwa normalny zabieg, ale nikt nie wkładał tam stóp. Chodziło o sprawdzenie, na ile skład wody zmienia samo działanie urządzenia. Po minięciu odpowiedniego czasu, pobrali wodę z urządzenia i zbadali zmiany zawartości pierwiastków. Wyniki wyglądają bardzo niepokojąco:
- w wodzie pojawił się arsen, kobalt, mangan i kadm, toksyczne pierwiastki
- zawartość wanadu wzrosła o 5800% (z 1 do 59 ug/l)
- zawartość niklu wzrosła o 750 000% (z 2 do 15 179 ug/l)
- zawartość molibdenu wzrosła o 6100% (z 50 do 3155 ug/l)
- zawartość chromu wzrosła o 590 000% (z 4 do 23 634 ug/l)
- zawartość żelaza wzrosła o 375 000% (z 31 do 116 000 ug/l)
- łączny wzrost zawartości składników mineralnych przekroczył milion procentów.

Nic dziwnego, że woda zrobiła się brązowa. A to wszystko po włączeniu wanienki bez wkładania nóg. Zresztą, strach wkładać do czegoś takiego nogę. Skład odpowiada zawartości metali w stali nierdzewnej wysokochromowej.

Zrobiono też jednak testy z ochotnikami, którzy byli poddawani zabiegowi w wanience kilkakrotnie w ciągu czterech tygodni, zgodnie z zalecaną przez producenta kuracją. Także badano zmiany zawartości pierwiastków w wodzie przed i po zabiegu, w moczu ochotników przed i po zabiegu oraz we włosach ochotników przed serią wielu zabiegów i po czterech tygodniach. Ilość metali ciężkich w wanienkach podczas zabiegów wzrastała bardzo podobnie, do wody uwalniane były te same pierwiastki w podobnej ilości - może tylko chromu i niklu było jeszcze więcej, wzrosty ich stężeń dochodziły do miliona procent, co mogło wynikać ze zużywania się elektrod w urządzeniu. Sprawdzano zresztą całkowitą ilość uwalnianych pierwiastków, stwierdzając że stopniowo spadała w miarę kolejnych eksperymentów na tym samym urządzeniu, a ostatecznie przeprowadzono ich 30, wykazując jak szybko rozpuszczają się elektrody.

Podczas badania moczu ochotników stwierdzono u jednego z nich wzrost ilości metali ciężkich w miarę kolejnych zabiegów, zaś w badaniu składu mineralnego włosów także gwałtowny wzrost zawartości metali ciężkich u jednego ochotnika. W przypadku pozostałych ludzi, zmiany ilości pierwiastków były bardzo małe i miały różny kierunek. Nie dało się więc potwierdzić usunięcia metali ciężkich z organizmu w miarę powtarzanych zabiegów w wanience, bo w przypadku pozostałych badanych ilości pierwiastków się nie zmieniły, natomiast wzrost zawartości metali w moczu i włosach jednego pacjenta sugerowałby raczej wzrost zawartości w organizmie, a więc przytrucie.[2]

Ten sam widowiskowy efekt był też wykorzystywany przez przedstawicieli handlowych sprzedających filtry do wody - na pokazach, na które zapraszano głównie naiwne starsze osoby, pokazywano elektrolizę żelaznych elektrod w wodzie wodociągowej, po czym porównywano z elektrolizą w wodzie destylowanej, która przewodzi prąd bardzo słabo i nie daje takich skutków.

Kamienie prawie żółciowe
Jednym z najpopularniejszych domowych sposobów oczyszczania wątroby, jest wypijanie mieszanki oliwy z sokiem cytrynowym. Efekty ponoć mają być spektakularne, zwłaszcza wydalanie kamieni żółciowych w ilościach hurtowych, zupełnie bez bólu i z możliwością ominięcia operacji. Niestety wielu mających problemy z kamieniami żółciowymi przekonało się już, że mimo poprawnego wykonania takiego zabiegu i wydalenia żółtawych grudek, ilość złogów w ich woreczkach wcale nie spadła. Skoro tak, to skąd się one biorą?

Prawdziwe ludzkie kamienie żółciowe typu cholesterolowych

Wątroba i trzustka produkują płyny obfitujące w enzymy trawienne, sole kwasów żółciowych, sole cholesterolu i związki mineralne. Powstała z ich zmieszania się w drogach żółciowych żółć, jest tymczasowo przechowywana w woreczku, oczywiście też żółciowym. Gdy receptory w jelicie w obszarze zakończenia przewodu żółciowego wyczują tłuszcz w treści jelita cienkiego, pobudzony pęcherzyk kurczy się, uwalniając żółć. Ma ona bardzo zasadowy odczyn więc neutralizuje kwas żołądkowy, oraz co ważniejsze, zawiera enzym lipazę który ma trawić tłuszcz. Lipaza rozbija cząsteczki tłuszczów, rozkładając je na kwasy tłuszczowe i glicerynę.
W dalszej kolejności kwasy tłuszczowe powinny zostać podczas trawienia wchłonięte, toteż w normalnej sytuacji kał nie zawiera zbyt dużo tłustych treści. Chyba, że zalejemy jelito dużą ilością tłuszczu i jeszcze popchniemy środkiem przeczyszczającym.

W najpopularniejszej wersji metody używa się jednorazowych dawek oliwy rzędu szklanki czy półtora, wypijanych duszkiem na pusty żołądek, i doprawianych sokiem cytrusowym, często dla lepszego oczyszczenia po pewnym czasie wypija się roztwór soli z Epsom, soli glauberskiej czy jakiegoś innego środka poprawiającego wypróżnianie. Po takiej dawce oleju w jelitach tworzy się dość dużo wolnych kwasów tłuszczowych, które nie mają czasu zostać dalej strawione i  wchłonięte, zamiast tego zostają wydalone. W połączeniu z solami mineralnymi (zwłaszcza połkniętą solą z Epsom będącą siarczanem magnezu) kwasy te tworzą trudnorozpuszczalne mydła.
Tym, co zostaje ostatecznie wydalone, są grudki zawierające mydła, wolne kwasy tłuszczowe i składniki żółci, o kolorze od żółtego, przez żółtawozielony do wyraźnie zielonych (kolor zależy od składników oliwy, ilości żółci i treści jelit), uformowane przez ruchy robaczkowe w formę "kamyków".

Chorzy, którzy stosowali tą metodę wiele razy, donosili o liczbach rzędu setek a nawet tysięcy złogów, co przekracza pojemność woreczka żółciowego. Dlatego też szarlatani twierdzą, że dodatkowe ilości złogów schodzą z przewodów żółciowych czy nawet z wnętrza wątroby (wędrują przez miąższ organu?) i dlatego jest ich tak dużo. Jak łatwo się domyśleć, "kamyki" będą się pojawiały tak długo jak długo chory będzie pił oliwę a jego wątroba produkowała żółć. Chyba, że w trakcie "kuracji" woreczek się w końcu zatka a pacjent trafi do szpitala z ostrym zapaleniem.

W 2005 roku w czasopiśmie medycznym The Lancet opisano przypadek kobiety ze stwierdzonymi złogami w woreczku żółciowym, która chciała oczyścić się tą metodą. Prowadzący ją lekarze postanowili wykorzystać okazję i sprawdzić, czy to faktycznie działa. Pacjentka wypiła 600 ml oleju z oliwek i 300 ml soku z cytryny w kilku porcjach. Wydaliła wiele żółtozielonych "kamyczków", które wzięto do analizy. Złogi roztapiały się w gorącej wodzie, w ich składzie brakowało cholesterolu, bilirubiny i soli wapniowych kwasów żółciowych, a więc składników kamieni z woreczka żółciowego. Głównym składnikiem okazało się mydło kwasu oleinowego oraz długocząsteczkowe, trudnotopliwe kwasy tłuszczowe. Wnioskiem lekarzy było stwierdzenie, że wydalone złogi utworzyły się w wyniku trawienia oliwy w jelicie i nie pochodziły z dróg żółciowych.[3]
Wystarczy zresztą zastanowić się nad tym, w jaki sposób mogłoby wyglądać takie wydalanie - niektórzy opisują wydalenie tą metodą złogów o wielkości kilku centymetrów. Kanał żółciowy ma jednak ograniczoną szerokość, złóg większy niż kilka milimetrów po prostu go zatka. Masa tych rozmiarów, przesuwająca się wzdłuż żółciowodu, który jest przewodem dość dobrze unerwionym, musi skończyć się potwornym bólem, czyli atakiem kolki żółciowej. Jeśli więc ktoś nie czuł niczego szczególnego a wydalił centymetrową kulkę, to nie pochodzi ona z jego pęcherzyka.[4] Sól z Epsom nie poszerzy przewodu żółciowego aż tak bardzo (a tak twierdzą szarlatani), bo nie jest on zbyt elastyczny i się nie rozciągnie.

Ponieważ metoda przynosi efekty wyglądające spektakularnie, chętnie powołują się na nią różni dieto-uzdrawiacze. W Polsce najszerzej znana jest jako metoda Huldy Clark, od autorki książek na temat oczyszczania organizmu i leczenia raka, tytułującej się doktorem choć nie ukończyła nigdy medycyny. Inna nazwa to metoda dr Brouse, albo dr Kelley, albo dr. Moritza, bo wielu specjalistów od diety się pod nią podczepiało, z drobnymi modyfikacjami w rodzaju zastąpienia cytryny sokiem jabłkowym.
 Pisał o niej też Tombak a za nim, z lekkimi modyfikacjami, Słonecki, tylko u nich miała to być metoda na kamienie kałowe, rzekomo gromadzące się w człowieku w kilogramowych ilościach. Obecnie bez cytowania źródła wspominają o niej liczne portale lifestylowe, jest to więc jedna z najbardziej popularnych medycznych bzdur w temacie oczyszczania organizmu.

Kapsułki oszustwa
W świetnej książce reporterskiej "Nic nie zdarza się przypadkiem" autor, włoski dziennikarz Tiziano Terzani, opisuje kilka lat walki z nowotworem, podczas której równolegle do leczenia klasycznego jeździł po świecie od uzdrawiacza do uzdrawiacza, w pewien sposób dając obraz kultur poprzez ich podejście do zdrowia i śmierci.
W jednym z rozdziałów opisuje jak to został zaproszony na egzotyczną wyspę na dwutygodniową sesję oczyszczającą, polegającą na głodówce, zażywaniu witamin i saunie. Prowadzący zachęcał obecnych aby codziennie oglądali na sitku, czy wydalają z organizmu złogi i toksyny, mające mieć postać żelowatych grudek różnych kolorów. Dowodem na to, że organizm się oczyścił, miało być ich zniknięcie z wydalin, jeśli do końca kuracji nie znikały, można było ją przedłużyć.
 Po kilku dniach reporter zorientował się, że w skład suplementów witaminowych wchodził środek żelujący, a kolorowe kawałki to pozostałości osłonek kapsułek witamin. Gdy przestał je łykać, kolorowe grudki przestały się pojawiać.

Test burakowy
Nie jest to wprost metoda detoksyfikacji, a raczej wstęp do którejś z nich. Artykuły pseudodietetyków promują ten test jako metodę sprawdzenia stanu szczelności jelit. A jeśli jelita są nieszczelne, to organizm jest zatruty i trzeba go czyścić. Test polega bądź na zjedzeniu tartego buraka lub na wypiciu świeżego soku, jeśli po takiej potrawie mocz zabarwi się komuś na różowo lub czerwono, to znaczy, że ma nieszczelne jelita i kawałki treści jelit przedostają się mu do krwi. Bardzo obrazowy opis, trzeba przyznać.

W rzeczywistości zabarwienie moczu po burakach, czyli betaninuria, to stosunkowo częsty stan fizjologiczny, pojawiający się okresowo nawet u 10-15% ludzi. Wynika z wydalenia czerwonego barwnika buraka, betaniny, wraz z moczem po tym, jak został wchłonięty w jelitach. Nie następuje to u każdego i zawsze dlatego, bo zwykle betanina do jelita nie dociera. Barwnik ten jest dość wrażliwy na warunki, zwłaszcza kwasowość. Ulega rozpadowi do bezbarwnych produktów zarówno w środowisku zbyt kwaśnym (pH ok. 2 i mniejsze) jak i zbyt alkalicznym. W zasadzie zaczyna degradować już w warunkach obojętnych, zwłaszcza przy podgrzewaniu, stąd przy gotowaniu barszczu zawsze się go lekko zakwasza cytryną lub octem. Po drodze od ust do miejsca wchłonięcia, połknięty burak najpierw wpada do żołądka, który wytwarza kwas, po czym częściowo przetrawiona treść trafia do jelita cienkiego, gdzie zalewa ją dla odmiany bardzo zasadowa żółć. Ostatecznie więc w normalnych warunkach wchłania się niewielka ilość barwnika, niewystarczająca aby wpłynąć na kolor moczu.

Pojawienie się więc zabarwienia uryny oznacza, że po drodze warunki były dla buraka łagodniejsze niż zwykle - jeśli do żołądka trafiło dużo treści, jeszcze w dodatku popitej, barwnik nie był narażony na takie znów silne działanie kwasu. Jeśli ostatecznie posiłek nie był ciężkostrawny, to nie przebywał w żołądku zbyt długo. Z kolei na ilość wydzielonej żółci wpływ ma tłustość posiłku i jego pierwotna kwasowość. Gdy burak był mocniej zakwaszony sokiem z cytryny lub szczawiem, kwasy organiczne przeszkadzają żółci, działając jak bufor stabilizujący nieco kwaśniejsze warunki.
Nakładanie się tych dwóch efektów powoduje ostatecznie, że betanina nie zostaje zupełnie zdegradowana i wchłania się w dalszych odcinkach jelita dostatecznie, aby zabarwić mocz. W efekcie ta sama osoba może czasem doznawać zabarwienia a czasem nie, zależnie od kwasoty żołądka, obfitości posiłku, rodzaju posiłku i ilości buraka w porcji. Pewne badania sugerują częstsze pojawianie się betaninurii u osób z niedoborem żelaza, ale zjawisko jest zbyt mało specyficzne (jest za wiele sytuacji gdy efekt nie wynika z niedoboru żelaza tylko z rodzaju posiłku) aby służyło za test diagnostyczny.[5], [6]
----------
Źródła:
[1]  https://www.livestrong.com/article/130395-detox-foot-patches-work/
[2] Deborah A. Kennedy et al. Objective Assessment of an Ionic Footbath (IonCleanse): Testing Its Ability to Remove Potentially Toxic Elements from the Body, Journal of Environmental and Public Health Volume 2012 (2012), Article ID 258968, 13 pages
[3]  http://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(05)66373-8/fulltext
[4] https://sciencebasedmedicine.org/would-you-like-a-liver-flush-with-that-colon-cleanse/
[5]  https://udel.edu/~mcdonald/mythbeeturia.html
[6] Eastwood, MA; Nyhlin, H (1995). "Beeturia and colonic oxalic acid". QJM. 88 (10): 711–7

Paramedycy kochają In Vitro

Wydawałoby się, że głównym problemem z medycyną alternatywną, naturalną czy niekonwencjonalną, jest ignorowanie osiągnięć nauki. Jednak przeglądając tego typu portale odnoszę często odmienne wrażenie. Ich problemem jest także powoływanie się na osiągnięcia naukowe. Tylko że źle zrozumiane.

  Jedną z takich charakterystycznych sytuacji daje się zauważyć na portalach i blogach dietetycznych, zdrowotnych czy zielarskich, które co i rusz donoszą, że oto właśnie odkryto, że "x leczy raka/odchudza/odmładza/zwiększa inteligencję" i przypadkiem właśnie to x można kupić jako suplement.
  I jeżeli artykuły takie powołują się na jakieś prawdziwe badania (powoływanie się na zasadzie: rosyjscy naukowcy, nie podamy jacy, odkryli, nie podamy jak, że x leczy y, ale nie powiemy skąd to wiemy - się nie liczy) to zazwyczaj są to bardzo podstawowe badania, w których nie badano rzeczywistego wpływu na chorego pacjenta, tylko na jego kawałek. A konkretnie na preparat wyizolowanych komórek, umieszczonych w szklanym naczyniu i potraktowanych jakimś roztworem. Jako że zaś szkło zwie się po łacinie "vitrum", a naukowcy chętnie wszystko latynizują, badanie takie nazywa się eksperymentem in vitro*.

  Badania na izolowanych komórkach stanowią jedną z najbardziej podstawowych technik biomedycznych, służących do zbadania wpływu biologicznego interesującej nas substancji. Jeśli działa ona poprzez wpływ na enzym, receptor czy jakąś część komórki, to efekty powinny być możliwe do zauważenia i zmierzenia już w tak bardzo uproszczonym modelu. W ten sposób testuje się na przykład efekty toksyczne czy mutagenne, sprawdza się aktywność substancji przeciwwirusowych czy selektywnych blokerów receptorów.
  Ostatnio coraz częściej testami na komórkach, ich wyhodowanych warstwach czy fragmentach skóry pobranych od dawców, zastępuje się testy kosmetyków na zwierzętach.  Są więc w nauce ważne, ale przy interpretacji wyników trzeba pamiętać, że jednak mimo wszystko dotyczą dość specyficznej sytuacji. Opierają się o uproszczony model działania na organizm, a modele takie zazwyczaj mają swoje ograniczenia.

  Bierze więc nasz badacz preparat komórek chorobowo zmienionych, dzieli na wiele małych próbek i traktuje różnymi stężeniami badanej substancji, powiedzmy wyciągu z czosnku albo może pochodnej dinitrofluorenometoksybenzochinonu. Po inkubowaniu w kontrolowanych warunkach dodaje do próbek wskaźnik żywotności, aktywności metabolicznej czy innych parametrów komórkowych, po czym sprawdza ile komórek wykazuje sygnał, w jakim stopniu wskaźnik uległ przemianie czy wchłonięciu.[1],[2] I otrzymuje wynik, że w próbce umieszczonej w próbówce, w roztworze takim a takim, po potraktowaniu badaną substancją, N % komórek wykazało zmiany. I wszystko ładnie, tylko co z tego?

Droga do kandydata na lek - 1 Wybór technik pozwalających w uproszczonym modelu sprawdzić na jaki parametr biologiczny substancja ma działać; 2. Przesiewowe testy na płytce sprawdzające jakie substancje z danej grupy wykazują jakieś działanie na badany preparat; 3. Testy in vitro konkretnych substancji, sprawdzające mechanizm i siłę działania; 4. Testy in vivo na modelu zwierzęcym; 5 Mamy kandydata do testów klinicznych. 90% badanych substancji nie dochodzi do ostatniego etapu.

  Z tego typu doniesieniami z badań in vitro jest ten problem, że trudno je wprost przełożyć na działanie na żywy organizm. Zwykle polegają one na tym, że traktuje się wyciągami próbkę komórek i sprawdza różnice w pewnych subtelnych parametrach. Tylko że nie można na takiej podstawie wyciągać zbyt szybkich wniosków. Jest to raczej wskazówka, że skoro w danym procesie w organizmie znaczenie ma pewien enzym, receptor czy szlak sygnałowy, a nasza substancja wpływa na ów enzym/receptor/szlak, to zadziała też na proces w organizmie, ale aby móc to z całą pewnością powiedzieć, należałoby przetestować to na tymże organizmie całym i żywym. Wynik testu in vitro jest więc wskazówką co do tego, co można dalej testować a co nie ma potrzeby, odsiewając preparaty nieczynne od najbardziej obiecujących.
  W ten sposób szybko sprawdza się setki substancji o potencjale czynności biologicznej i ich drobne chemiczne pochodne. Testuje się jeden po drugim różne modyfikacje znanych antybiotyków czy setki naturalnych alkaloidów, izolowanych z egzotycznych roślin. Jest to jednak dopiero początek drogi, przed nami jeszcze wiele innych testów, mających upewniać, że nie wypuszczamy na rynek bubla o wartości placebo. Jeśli dla jakiejś substancji mamy tylko i wyłącznie testy na preparatach komórkowych a nie kliniczne, wówczas nie jest to żaden dowód działania, tylko jak wspomniałem, wskazówka. W takiej sytuacji mówienie, że dana substancja już teraz, na pewno wykazuje działanie na człowieka, stanowi nadużycie. A w najlepszym razie nadmiar entuzjazmu.

  W dodatku warto pamiętać, że istnieje na prawdę bardzo dużo substancji, które stuprocentowo zabijają w próbówce komórki nawet najzłośliwszego nowotworu. Myślę, że domowy wybielacz wystarczałby w zupełności, ewentualnie stężony roztwór soli, kwas siarkowy czy podgrzanie całej próbówki do wrzenia. Informacja sprowadzona wyłącznie do "x niszczy w próbówce komórki raka", jest poznawczo bezwartościowa, bez wiedzy czy przypadkiem równie źle nie działa na komórki zdrowe. Czy przypadkiem nie jest po prostu tak szkodliwa, że zabiłaby pacjenta lepiej niż choroba

  Niestety wielu miłośników medycyny alternatywnej (oraz dziennikarzy popularnych gazet) uprawia takie właśnie zbyt szybkie wnioskowanie, połączone z pompowaniem efektownych haseł. Eksperymenty mają mieć znaczenie już teraz, bez wdawania się w niuanse i prawdopodobieństwa. Wyniki badań należy od razu zamienić w gotową praktyczną poradę dla czytelnika. Odbywa się to na zasadzie: "Jak stwierdzili amerykańscy naukowcy, wyciąg z korzenia berberysu zmniejszał proliferancję komórek nowotworowych prostaty o 10% bardziej niż u zdrowych... A zatem herbatka z bererysu leczy raka i to na pewno lepiej niż chemioterapia! Musicie ją pić!".


Bo komórki to nie organizm
  Głównym problemem w przenoszeniu badań na pojedynczych komórkach na działanie substancji na organizm, jest kwestia zmieniającej się ze skalą złożoności układu. Co innego komórki nowotworowe i może obok zdrowe w odpowiedniej zalewie, a co innego podanie równoważnej ilości do organizmu złożonego z dziesiątków typów komórek i tkanek prowadzących różne przemiany metaboliczne. To, że substancja na szalce nie wpływała istotnie na powiedzmy hepatocyty nie oznacza, że podobnie mało wrażliwe będą na nią neurony czy nefrocyty. Tymczasem często okazuje się, że to co ma leczyć chorobę w jednej części organizmu, wywołuje ją w innej. Jeśli zaś bilans zysków i strat pokaże, że korzyści zdrowotne nie są w stanie przeważyć skutków ubocznych, to taka substancja nie może stać się lekiem.

  Jeśli wyniki badań in vitro i na modelu zwierzęcym są obiecujące, przeprowadza się badania kliniczne I fazy, polegające na podawaniu różnych dawek zdrowym osobom i sprawdzaniu reakcji, zależności między dawką a stężeniem, szybkości eliminacji itp. I zwykle wychodzą na jaw efekty które wcześniej były trudno uchwytne, na przykład substancja wpływa na psychikę lub uczulająco albo po prostu na człowieka w całości działa inaczej niż się wydawało.
Właśnie na tym etapie wykłada się większość badanych substancji.

  To co sprawdzało się w wyidealizowanym modelu komórkowym, okazuje się nieprzydatne lub niebezpieczne dla żywego organizmu. Co z tego, że na szalce kwas dichlorooctowy zabijał komórki raka, skoro podany pacjentom powodował paraliż uszkadzając nerwy? [3] Co z tego, że abryna wydawała się selektywnym środkiem wywołującym apoptozę, skoro podczas testów klinicznych od zatrucia nią zmarł uczestnik?

  Podana substancja może też ulegać po drodze różnym przemianom metabolicznym i w ogóle nie docierać do miejsca, w którym ma działać. Woda utleniona reaguje z katalazami obecnymi w osoczu i tkankach i nie rozchodzi się po organizmie. Chondroityna czy kolagen w kapsułkach nie polepszają stanu stawów bo ulegają strawieniu. Lecytyna hydrolizuje w jelitach i nie dociera do mózgu gdzie rzekomo ma poprawiać pamięć. DMT i inne halucynogeny z tej grupy, zażyte samodzielnie nie wywołają żadnej ciekawej reakcji, z powodu rozkładania przez enzym monoaminooksygenazę.

Przykładowy test - żywe komórki zamieniają dodany wskaźnik w związek o barwie różowej. Stosując w kolejnych dołkach płytki coraz mniejsze stężenia badanych substancji, łatwo określić przy jakim najmniejszym stężeniu dana konkretna hamuje rozwój komórek. Stąd

Problem ilości
  Odmienne działanie na organizm niż na pojedyncze komórki, częściowo  jest pochodną bardziej ogólnego zjawiska - mianowicie warunki po podaniu substancji pacjentowi, są też pod tym względem inne niż test in vitro, że problematyczne jest osiągnięcie w organizmie stężenia takiego jak w testach.

  Zobaczmy na przykład jak wygląda doniesienie [4] reklamowane na alternatywnomedycznych portalach w formie "herbatka z mniszka zabija raka w 48 godzin". W badaniu porównywano wpływ wyciągu z korzeni na komórki czerniaka i komórki skóry zdrowe. Stwierdzono wystąpienie efektu (spadek wskaźnika żywotności komórki) o wielkości ponad 50% po czasie 48 godzin na komórkach rakowych linii A375 w stosunku do linii komórek zdrowych. Sukces? Być może, ale w badaniu na komórkach czerniaka z linii G361 (odporna na leczenie) wyciąg o tym samym stężeniu wykazywał działanie odwrotne - w porównaniu z komórkami zdrowymi przeżywały o 20-50% lepiej.
Dopiero użycie jeszcze większego stężenia pozwoliło na otrzymanie pozytywnych skutków.

Mogłoby to oznaczać, że na niektóre typy czerniaka (czerniak może być wywołany wieloma różnymi mutacjami) wyciąg wodny z mniszka działa kancerobójczo, a na inne w zbyt małym stężeniu wręcz ochronnie. I weź tu zgadnij jaki typ spośród setek możliwych mutacji ma osoba której poleca się herbatkę.

  Drugi problem to użyte stężenia. Efekt apoptyczny pojawiał się dla stężeń 2,5 mg/ml dla jednej linii komórek i 10 mg/ml dla drugiej linii, utrzymywanych w otoczeniu komórki przez 48 godzin. Stężenia dotyczą przy tym ilości użytego liofilizowanego ekstraktu wodnego, czyli ekstraktu, który odparowano otrzymując suchy proszek, z którego sporządzano potem roztwory.
  Stężenia 2,5 mg/ml i 10 mg/ml to 2,5g/l i 10 g/l. Takie stężenie powinny osiągnąć substancje z ekstraktu w płynie otaczającym komórki aby warunki były podobne jak w badaniu in vitro; w przypadku pacjenta będzie to krew. Ponieważ człowiek ma w organizmie około 5 litrów krwi, powinien wchłonąć od 12 do 50 g suchej substancji ekstraktu. Ale, ale - wyciąg wodny z mniszka zawiera małą ilość substancji rozpuszczonych. Aby wchłonąć takie ilości suchych substancji ekstraktu, pacjent musiałby wypić kilkanaście litrów naparu otrzymanego z powiedzmy kilku kilogramów mniszka. I utrzymywać takie stężenie przez 48 godzin... O ile oczywiście substancje aktywne (nie wiadomo nawet jakie) wchłoną się dostatecznie dobrze, bo mogą mieć niską, kilkuprocentową wchłanialność. O ile nie rozłożą się w organizmie pod wpływem enzymów. O ile nie okaże się, że w tak dużym stężeniu wywołują groźne skutki uboczne, których nigdy dotąd nie obserwowano, bo nikomu nie udało się uzyskać ich 1% stężenia we krwi.

  Jednak portale, powołujące się na te doniesienia, nie przejmują się szczegółami. Dla nich ważne jest tylko stwierdzenie, że herbatka ze znanego zioła "leczy raka w ciągu 48 godzin", mogą dzięki temu polecać czytelnikom aby sobie czasem popijali po szklance i mieli złudne przekonanie, że to ich przed czymś chroni. To tak jakby polecać na ból głowy 1/80 tabletki aspiryny.

  Jeśli jednak już uda się nam podać odpowiednio dużą dawkę związku, to może się okazać, że jest on w takiej ilości generalnie toksyczny. Przykładem mogą być ekstrakty z zielonej herbaty - wiele jest badań wskazujących na prozdrowotne właściwości zawartych w niej polifenoli, są także badania in vitro pokazujące wpływ hamujący na wzrost komórek rakowych. Jednak efekt stawał się wyraźny przy stosunkowo dużych stężeniach, będących odpowiednikiem wypijania dziennie 2-3 litrów naparu. Na szczęście z pomocą przyszli nam farmaceuci, oferujący suchy ekstrakt z zielonej herbaty w kapsułkach, pozwalający dostarczyć organizmowi trudne do uzyskania w normalny sposób dawki.
I niestety okazuje się, że w tych dużych ilościach ekstrakt z zielonej herbaty uszkadza wątrobę. Te same polifenole, które w mniejszych dawkach likwidują wolne rodniki, w większych zaburzają działanie mitochondriów, w których działaniu rodniki powstawać muszą.[5]


Przyprawione komórki fałszują wyniki
  Innym aspektem jest niedoskonałość samych metod badawczych. Prawdzie zmiany na wyizolowanych komórkach są łatwiejsze do opracowania, bo zbadać możemy od razu ich większą ilość i opisać wyniki ilościowo i statystycznie, ale w pewnych przypadkach charakter testowanej substancji może powodować błąd.
  Jednym z najczęściej stosowanych sposobów określenia żywotności komórek, jest podanie wskaźnika, który zostaje w żywych komórkach zmetabolizowany do formy, która świeci w ultrafiolecie. Im słabiej więc będzie świecić zawiesina komórek, tym gorsza jest ich żywotność. Wystarczy potraktować szereg próbówek badaną substancją, zmierzyć stosunek intensywności świecenia do stężenia i mamy wynik.

  Zastanówmy się jednak co takiego się stanie, gdy badana substancja przypadkiem dobrze pochłania ultrafiolet. Wciąż żyjące i dobrze się mające komórki, które ją wchłoną, będą świeciły słabiej, tak jakby brakło im trzy ćwierci do śmierci. Idźmy dalej - porównujemy wpływ tej substancji na komórki zdrowe i na chore, i te chore z pewnych powodów wchłaniają tej substancji więcej. Będą zatem świeciły wyraźnie słabiej od zdrowych, a nasze wyniki zostaną zafałszowane. Można temu przeciwdziałać uzupełniając badanie o drugą serię z innym wskaźnikiem, na przykład działającym odwrotnie (świecenie oznaką śmierci komórki). Bardzo duża różnica między wynikami z tych dwóch serii będzie wskazówką, że w eksperymencie tkwi błąd. Można też tak zaprojektować doświadczenie, aby ten efekt zminimalizować, na przykład stosując dalszą obróbkę zawiesin komórkowych, podczas której usuwamy badaną substancję a nie wpływamy na zmetabolizowaną formę wskaźnika, czy stosując taki zakres UV który nie jest pochłaniany.
  Wszystko to mogłoby bardzo pomóc uzyskać poprawne wyniki, ale wymagałoby dodatkowych nakładów, oraz mogłoby sprawić, że bardzo obiecujące wyniki nie będą już tak zachwycające.

  Przykładem takiej sytuacji, są omawiane w zeszłorocznej analizie z Nature badania aktywności biologicznej kurkumy [6]. Jest to żółtopomarańczowy pigment, dobrze rozpuszczalny w tłuszczach, będący składnikiem przyprawy kurkumy oraz mieszanki curry. Od lat bardzo intensywnie bada się kurkuminę, która okazała się posiadać bardzo obiecujące właściwości przeciwnowotworowe, przeciwzapalne, neuroprotekcyjne czy przeciwwirusowe. Spora część z tych właściwości została stwierdzona w badaniach in vitro. Problem w tym, że lipofilna kurkuma osadza się w błonach komórek i zasłania ich wnętrze, oraz jest przypadkiem... substancją pochłaniającą ultrafiolet.

  W przeglądzie badań kurkuminy autorzy stwierdzili, że duża część eksperymentów w ogóle nie brała tego czynnika przeszkadzającego pod uwagę; wykonano je tak, jakby barwna substancja o charakterze pigmentu była przezroczysta. Drugim problemem badań nad tą substancją, było użycie zanieczyszczonych preparatów. Jeśli jako "kurkuminę" użyto wyciągu z kłącza ostryżu, to w rzeczywistości badana substancja była mieszaniną dziesiątków związków. Kurkumina mogła fałszować wyniki także za sprawą własności chelatowania metali (np. nie odwracała skutków toksyczności metali ciężkich na komórki, tylko zmniejszała ich ilość w roztworze), aktywności redoks (utlenianie lub redukowanie wskaźników poza komórką), tworzenie agregatów a w pewnych warunkach rozkład na zupełnie inne substancje.
  Wiadomo na przykład, że w warunkach lekko zasadowych, podobnych do odczynu krwi, kurkumina staje się niestabilna, co przyspiesza w temperaturach wyższych niż pokojowa; obserwowane efekty mogą więc wynikać z działania produktów rozkładu (a skoro tak, lepiej jako leki testować je właśnie) o trudnym do określenia stężeniu w czasie doświadczenia.
  W stężeniach zbliżonych do używanych w doświadczeniach, wykazuje skłonność do tworzenia agregatów z białkami i lipidami, które mogą naśladować selektywną inhibicję. Związek po prostu oblepiał komórkę, zamiast wybiórczo wiązać się z wybranymi białkami, biorącymi udział w procesie chorobowym. Gdy w testach badających siłę wiązania z enzymami, do kurkumy dodano nieaktywny biologicznie detergent zapobiegający tworzeniu agregatów, zmierzona aktywność związku spadała wyraźnie. Bez niego cząsteczki enzymu w roztworze zlepiały się przy udziale kurkuminy w białkowe kłębki.

  W cytowanym badaniu przeciwdziałania formowania się włókien białek Tau, które odpowiadają za rozwój choroby Alzheimera, pierwszy test wydawał się bardzo obiecujący. Eksperyment oparty o badanie intensywności fluorescencji tioflawiny, gromadzącej się w złogach białkowych, wydawał się pokazywać, że kurkumina hamuje powstawanie włókien w bardzo małych stężeniach. Eksperyment używający techniki fluorescencji polaryzacyjnej pokazał jednak wynik odwrotny, kurkumina działała bardzo słabo. Później okazało się, że kurkumina pochłaniała światło w zakresie w którym świeciła tioflawina, czyli zasłaniała ją fizycznie, udając aktywność biologiczną.

  Konkluzją autorów było stwierdzenie, że duża część badań mających wykazywać wysoką siłę leczniczą kurkuminy, została przeprowadzona w warunkach w których większą rolę zaczynają odgrywać czysto fizyczne właściwości związku, które fałszowały wyniki. Natomiast w badaniach dobrze przeprowadzonych, w których unikano tych niepożądanych efektów ubocznych, kurkumina okazywała się działać dość słabo. Nie skreśla to całkiem tego związku, są bowiem badania wskazujące, że w pewnych przypadkach ma on faktycznie pewne zastosowanie, pokazuje jednak, że ostatnia moda na polecanie tej przyprawy w charakterze panaceum na wszystko, ma w rzeczywistości bardzo kruche podstawy.

   Zbliżone efekty zakłócające może wywoływać reserwatrol, polifenol występujący między innymi w czerwonym winie, o bardzo obiecujących właściwościach biologicznych. Jedną z technik badania intensywności metabolizmu w komórkach, jest oznaczanie ilości wytwarzanego ATP. Do preparatu z rozbitych na kawałki komórek dodaje się lucyferynę i enzym lucyferazę. Substratem reakcji jest ATP z cytoplazmy.
  Jak wykazały badania, reserwatrol jest inhibitorem lucyferazy. Może więc sprawiać wrażenie, że zmniejszył ilość ATP w traktowanych nim komórkach, gdy tak na prawdę jedynie zahamował reakcję odczynnika.[7]

Samo in vitro nie wystarczy
  Jak to już wspominałem, jeśli ktoś reklamujący gotowy preparat oferuje go chorym jako działający lek, a na poparcie ma tylko i wyłącznie wyniki testów in vitro, to oszukuje potrzebujących. Albo jest świadomym oszustem albo nie rozumie badań na które się powołuje.
 Na takich właśnie dowodach opiera się duża część reklam cudownych leków, witamin czy używek, w ostatnim czasie widziałem dużo artykułów o medycznej marihuanie, w których dowodami były tylko takie badania. Weźmy choćby taki popularny w internecie artykuł [8] twierdzący, że przeciwnowotworowe działanie marihuany potwierdza aż 100 badań naukowych. Wśród zaprezentowanych linków znalazło się kilkanaście prac przeglądowych (czyli podsumowania innych, w tym cytowanych w artykule, prac, nie będące kolejnym badaniem), kilka prac w których nie badano wpływu zdrowotnego tylko farmakokinetykę (szybkość wydalania i metabolizmu) oraz prawie 80 prac w których badano wpływ różnych kannaboidów na linie komórkowe w próbówkach (tak, przejrzałem wszystkie linki).
   W sekcji na temat chłoniaka nie zacytowano żadnego badania dotyczącego marihuany, wszystkie cztery dotyczyły wpływu syntetycznego związku anandamidu, który jest agonistą receptorów kannaboidowych; znalazły się w tym zestawieniu  tylko z powodu nazwy receptora. W sekcji "nowotwory szyi i głowy" zacytowano badanie, które... w ogóle nie dotyczyło leczenia nowotworów; stwierdza się w nim jedynie, że z ankiet u pacjentów z nowymi diagnozami wynika większe ryzyko nowotworów u palących tytoń i pijących alkohol i brak zmiany ryzyka u palących trawkę. Między stwierdzeniem "x nie wpływa na nowotwory" a twierdzeniem "to badanie potwierdza, że x leczy nowotwory" jest potężna różnica.

I właśnie dlatego marni dziennikarze, sprzedawcy tabletek i paramedycy, tak gorąco kochają in vitro.
--------
* Natomiast  eksperymentach na żywych organizmach to "in vivo". Dla porządku wymyślono też określenie dla "eksperymentów" symulacyjnych na komputerach, czyli "in silica" jako że jak na razie mikroprocesory są oparte o półprzewodnikowy krzem. Zastanawia mnie jak w tej sytuacji określić eksperymenty myślowe - In mentis?

[1] Metody badania aktywności leków in vitro
[2] Techniki stosowane w badaniach toksyczności in vitro.

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16476929
[4]  https://www.hindawi.com/journals/ecam/2011/129045/

[5] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1742-7843.2004.pto_950407.x/full
[6]  http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.6b00975

[7]  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17064666/

[8] https://motywatordietetyczny.pl/2016/05/ponad-100-badan-naukowych-potwierdza-marihuana-niszczy-raka/

Skąd ten akrylamid?

Co jakiś czas media donoszą o wykryciu tego związku chemicznego w różnych produktach, a to w chipsach, a to w prażonych orzeszkach a to znów w ciasteczkach czy solonych paluszkach. To silna trucizna o działaniu rakotwórczym. I wówczas może was zastanowić, skąd się właściwie w jedzeniu ten akrylamid wziął. Specjalnie go dodają? Czy może sam powstaje?

Chemicznie rzecz ujmując, akrylamid to amid kwasu akrylowego, związek nienasycony zawierający wiązanie podwójne, grupę karbonylową i aminową. Każda z tych grup składowych może wchodzić w różnorodne reakcje, toteż cząsteczka będąca najściślejszym z możliwych ich połączeniem musi być bardzo reaktywna. Na tyle, że po dostaniu się do organizmu reaguje z białkami, lipidami i DNA wywołując różnorodne rozproszone uszkodzenia. Podczas metabolizmu jest utleniany przez komórkowy cytochrom 450 do formy epoksydowej czyli glicydamidu, który jest cząsteczką jeszcze bardziej reaktywną.

Glicydamid

Jako silny środek alkilujący działa mutagennie mogąc wywoływać nowotwory. W modelach zwierzęcych przewlekła ekspozycja na akrylamid w wysokich stężeniach, wywoływała nowotwory nadnerczy, tarczycy, płuc i jąder, oraz działała toksycznie na układ nerwowy.

Związek ten odkryto już bardzo dawno. Ze względu na skłonność do polimeryzacji zaczął być używany do produkcji tworzyw sztucznych o specjalnym przeznaczeniu. Polimeryzacja w roztworze wodnym tworzy twardy hydrożel o dużej przepuszczalności, będący jednym ze standardowych materiałów w elektroforezie białek i DNA. Ponadto używano go jako składnika różnych polimerów, substratu do produkcji pestycydów czy barwników. Przez długi czas wydawało się więc, że jedynym problemem toksykologicznym jest zanieczyszczenie środowiska przez zakłady które go używały, przenikał bowiem do ścieków a stamtąd do wody. Dlatego zaskoczeniem było odkrycie w 2002 roku, że w wyniku specyficznej reakcji może powstawać także w żywności.

Erytryjska badaczka Eden Tareke, zatrudniona na wydziale chemii żywności Uniwersytetu Sztokholmskiego, wprowadzała nową bardziej dokładną metodę badania żywności. Podczas testów z różnymi próbkami zauważyła niepokojący poziom akrylamidu w chipsach ziemniaczanych. Wydawał się zbyt duży aby wytłumaczyć to zanieczyszczeniami przemysłowymi. Wykonała więc prosty eksperyment - przygotowała chipsy z ziemniaków, które wcześniej przebadała pod kątem zawartości akrylamidu. Chipsy smażone w temperaturze przekraczającej 120 stopni nabierały wysokich poziomów akrylamidu, którego nie było w ziemniakach. A więc musiał on w jakiś sposób podczas smażenia powstawać. [1]

Kluczem okazała się znana od dawna reakcja Maillarda. W rzeczywistości jest to zespół reakcji o podobnym przebiegu, podczas których cukry redukujące reagują z aminami w podwyższonej temperaturze. Powstałe produkty ulegają izomeryzacji, dekarboksylacji, dehydratacji, kondensacji itp. w najrozmaitszych możliwych kombinacjach. 20 aminokwasów i jeden cukier redukujący tworzą setki produktów. W żywności zachodzą podczas każdej termicznej obróbki produktów zawierających białka i węglowodany, a więc podczas pieczenia, smażenia, duszenia czy wędzenia; podczas gotowania w mniejszym stopniu.
Powstałe wielkocząsteczkowe produkty kondensacji odpowiadają za brązowy kolor dobrze podpieczonego jedzenia, natomiast te mniejsze wpływają wyraźnie na smak i zapach. Większość składników aromatu pieczonego mięsa, pieczonego chleba czy prażonych ziaren kawy to właśnie produkty reakcji Mailarda, są więc niezbędne aby żywność nabrała pożądanych właściwości smakowych. Jak się jednak okazało, nie każde z możliwych reakcji są dobre.

W jednej z możliwych dróg grupa aminowa aminokwasu reaguje z grupą aldehydową cukru redukującego, a więc na przykład glukozy. Powstaje przejściowy produkt w którym dwie części połączone przez azot zawierają grupę karboksylowa i hydroksylową w pobliżu tego połączenia. W wysokiej temperaturze następuje odszczepienie cząsteczki wody i powstanie iminy w formie zasady Schiffa. Ta z kolei dekarboksyluje odszczepiając cząsteczkę dwutlenku węgla. Powstały nietrwały produkt bądź rozpada się z wytworzeniem podwójnego wiązania, bądź hydrolizuje. Jednym z produktów ostatecznych jest akrylamid. Ze względu na budowę najlepszym substratem do reakcji jest aminokwas asparagina, zaś cukrem redukującym jest najczęściej glukoza występująca w formie wolnej lub powstająca w wyniku rozpadu skrobi.[2]
W odpowiednio wysokich temperaturach możliwa jest też formacja bez cukrów, z gliceryny towarzyszącej tłuszczom. Gliceryna utlenia się do akroleiny, będącej aldehydem; ta reaguje z wolnymi aminami i w podobny sposób jak opisane wcześniej reakcje, zamienia się w akrylamid.
Reakcje te wymagają odpowiedniej temperatury, zaczynają ruszać w temperaturach powyżej 120 stopni i w większości produktów zachodzą najwydajniej około 140-150 stopni.

Największe stężenia wykrywa się w takich produktach jak frytki, chipsy ziemniaczane, mocno palona kawa, kawa rozpuszczalna, przypalone tosty, prażone orzechy. Ogółem są to zatem połączenia typu "skrobia + białko". Ważnym źródłem jest też dym papierosowy i dym ze spalania śmieci w niskich temperaturach.

Toksyczność
Jak już wspominałem, w badaniach na zwierzętach wykazano, że ekspozycja na akrylamid wywołuje różnego rodzaju nowotwory. Tymczasem w przypadku ludzi wpływy są najwyraźniej dużo subtelniejsze i trudne do precyzyjnego wyrażenia. Jak wracają uwagę krytycy, w badaniach na zwierzętach efekty kancerogenne pojawiały się przy stężeniach wielokrotnie większych niż spotykane w jedzeniu i ciężko jest je przełożyć na skutki dla ludzkiego organizmu. Zakładając liniową zależność prawdopodobieństwa dodatkowych nowotworów od stężenia, przy przeciętnej diecie wzrost ryzyka staje się tak mały, że mniejszy niż wpływ narażenia na dym.

Badania populacyjne osób narażonych na tą substancję w jedzeniu są niejednoznaczne. Chętnie spożywający chipsy i frytki mają zwiększoną częstość różnych chorób, ale ciężko przypisać to wyłącznie temu składnikowi a nie spożyciu tłuszczów, nadmiaru soli czy narażeniu na utlenione nienasycone kwasy tłuszczowe. Badania pracowników narażonych w pracy na akrylamid w większych niż w żywności stężeniach dawały różne wyniki, od większej częstości chorób po brak efektu. Ze względu na to, że stykamy się z nim od początków gatunku, gdy tylko zaczęliśmy piec mięso mamutów nad ogniskiem, możliwe że wykształciliśmy sobie jakiś sposób detoksyfikacji. Dlatego też formalnie składnik ten jest klasyfikowany jako substancja podejrzewana o rakotwórczość u ludzi.[3]
Przesadne są więc internetowe artykuły straszące szybkimi skutkami zdrowotnymi i wysoką toksycznością, czy opinie w rodzaju "zjadłem smażeninę, od razu rozbolała mnie głowa, to przez akrylamid". No nie, raczej od okazjonalnego zjadania czegoś mocno podpieczonego wiele się nam nie stanie, niemniej warto pamiętać o tym, że pewne trudne do określenia ryzyko faktycznie jest. I wobec tego może jednak trochę się ograniczyć ze spożywaniem czegoś przypalonego, podpieczonego do ciemnego brązu czy podprażonego. 

Redukcja
Czy da się tak produkować żywność, aby z jednej strony nie utracić wartości smakowych a z drugiej zredukować poziomy akrylamidu do możliwie najniższych wartości? Da się, i to na kilka różnych sposobów. Zauważono na przykład, że reakcji w której powstaje sprzyjają sole amonowe, w związku z czym więcej jest go w ciasteczkach w których jako spulchniacza użyto amoniaczku (węglan amonu) niż proszku do pieczenia (wodorowęglan sodu), można więc zastąpić jeden spulchniacz innym i zauważalnie zmniejszyć zawartość niepożądanego składnika.
Innym czynnikiem hamującym są sole zawierające kationy dwudodatnie, w przypadku pieczywa możliwe jest więc wzbogacenie ciasta w sole wapnia. Kolejny inhibitor to aminokwas glicyna. Ma on najprostszą możliwą budowę, tylko dwa węgle w cząsteczce. Ulega reakcji Maillarda ale nie może zamienić się w akrylamid. Wzbogacenie glicyną pierwotnego produktu przed obróbką termiczną powoduje, że część wolnych cukrów redukujących łączy się z nią zamiast z innymi aminokwasami co zużywa niezbędny substrat. Ma to jednak tą wadę, że produkty reakcji z glicyną powodują dużo mocniejsze zbrązowienie oraz niekiedy niepożądany posmak, więc nie wszędzie da się ją zastosować.

Najbardziej oczywistym sposobem jest obniżenie temperatury tak aby nie przekraczała 120 stopni lub skrócenie czasu ogrzewania. (jeśli macie wrażenie, że w ostatnich latach ciastka kruche i herbatniki są jakby mało wypieczone, to możliwe że to jest tego przyczyną). W przypadku chipsów i frytek pewne znaczenie ma też branie do produkcji bulw krótko przechowywanych. Podczas przechowywania, w ziemniakach zachodzi proces rozpadu skrobi z powstaniem wolnej glukozy, będącej przecież cukrem redukującym. W skrajnych przypadkach długo przechowywane ziemniaki mogą się stać słodkawe w smaku.[4]
-------
*  http://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/acrylamide

[1] Eden Tareke et. al., Analysis of Acrylamide, a Carcinogen Formed in Heated Foodstuffs,
. Agric. Food Chem., 2002, 50 (17), pp 4998–5006

[2] Maria D. Villagran et al. Acrylamide Formation Mechanism in Heated Foods, J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 4782−4787
[3]  https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/diet/acrylamide-fact-sheet
[4]  Guidance on reducing acrylamide in food, FDE

Najciekawsze odkrycia chemiczne w 2016 roku

Co w minionym roku chemicy dokonali najciekawszego, wartego uwagi czy choćby nietypowego? Lista odkryć o których nie pisałem w poprzednich wieściach, opracowana częściowo na podstawie tego co zapamiętałem, a częściowo na podstawie innych takich podsumowań zauważonych na zagranicznych portalach (linki na końcu artykułu). Nie pojawia się tu uznanie odkryć i nazwanie czterech nowych pierwiastków, bo już o tym pisałem i nie dotyczyło to odkryć z tego roku. Podobnie jest z tegoroczną nagrodą Nobla, ale tutaj artykuł o niej jeszcze czeka na napisanie.

Najbardziej polarny związek organiczny
Polarność to cecha cząsteczek mówiąca o nierównym rozłożeniu ładunku elektrycznego. Atomy tworzące cząsteczki otoczone są przez elektrony, te jednak są dość ruchliwe. Jeśli w cząsteczce pojawią się rozłożone niesymetrycznie atomy o bardzo różnej elektroujemności (zdolności do przyciągania elektronów), lub grupy z różnych przyczyn odpychające lub przeciągające elektrony, to cząsteczka taka nabierze momentu dipolowego, pokazującego która strona cząsteczki jest nieco bardziej dodatnia a która nieco bardziej ujemna.
Takie polarne właściwości ma choćby woda, składająca się z silnie elektroujemnego tlenu po jednej stronie i słabo elektroujemnych wodorów do drugiej stronie. dzięki tej właściwości woda może łatwiej rozpuszczać sole mineralne i wiele polarnych związków organicznych.

Moment dipolowy jest własnością wektorową, drobne oddziaływania różnych części cząsteczki sumują się do momentu ogólnego.

Silny moment dipolowy posiadają cząsteczki ulegające jonizacji, a więc aniony kwasów karboksylowych, kationy fosfoniowe a szczególnie posiadające fragment anionowy i fragment kationowy betainy. Jednak w opisanym nie tak dawno przypadku wyjątkowo silne oddziaływanie udało się otrzymać dla cząsteczki elektrycznie obojętnej.
Jest to w sumie dość prosty związek 5,5-diamino-1,2,3,4-tatracarbonitrylobenzen , benzen z różnymi podstawnikami - cztery grupy nitrylowe po jednej stronie i dwie aminowe po drugiej. Efekty elektronowe powodują, że grupy aminowe ściągają w swoją stronę elektrony, zaś grupy nitrylowe odpychają. Wskutek dodania się wektorów polaryzacji tych sześciu leżących na jednej płaszczyźnie grup tworzy się moment dipolowy, którego zmierzona wartość osiągnęła 14,1 D. [1] To nawet więcej niż wartość dla niektórych soli nieorganicznych w stanie gazowym. Dla porównania dla cząsteczki wody moment ten ma wartość 1,85 D

Zaproponowano już jednak cząsteczki o potencjale na jeszcze większą polarność, więc rekord jest raczej zagrożony. [2]

Najmocniejsza zasada organiczna
Kolejny rekord odnosi się do innej właściwości cząsteczek organicznych - skłonności do wiązania kationu wodorowego. Związki które chętnie proton oddają, to kwasy, związki które chętnie go przyjmują, to zasady. Niedawno opublikowane obliczenia pokazały, że dianion otro-dietynylobenzenu przyjmuje protony najchętniej, z energią 1834 kJ/mol.[3]

Sześciowiązalny węgiel
Nic tak bardzo nie cieszy chemików, jak odkrycie że coś uznawanego dawniej za pewnik, nim nie jest. I tak jest w tym przypadku.

Heksametylobenzen to dość prosty związek organiczny - benzen zupełnie podstawiony grupami metylowymi. W latach 70. podczas badań nad jego aktywnością zwrócono uwagę na szczególną formę - potraktowanie związku "kwasem magicznym", mieszaniną kwasu fluorosulfonowego i fluorku antymonu o bardzo dużej mocy, spowodowało powstanie dość trwałego dikationu który zachował właściwości aromatyczne, mimo że wydawało się to niemożliwe. Aby to wyjaśnić zaproponowano kilka struktur kationu, wśród nich ekstremalną w formie piramidy pentagonalnej, ale ta wydawała się niemożliwa. Dopiero niedawno udało się uzyskać kryształ soli tego dikationu i zbadać strukturę metodami rentgenowskimi. Dokładne pomiary potwierdziły, że z pozoru nieprawdopodobna propozycja jest prawdziwa.
 Po zjonizowaniu cząsteczka ulega przearanżowaniu w formę z jednym pierścieniem pięciokątnym, pięcioma grupami metylowymi po bokach. Jeden węgiel z dawnego pierścienia jest połączony z kolejną grupą metylową i z wszystkimi atomami pierścienia po jednym wiązaniu.

W czym problem? Atomy tworzą wiązania poprzez uwspólnienie elektronów z zewnętrznej, niezapełnionej powłoki, po jednym od każdego, dwa na jedno wiązanie, dążąc do trwalszego energetycznie układu ośmiu elektronów w otoczeniu. Obojętnemu atomowi węgla brakuje do tego stanu 4 elektronów, toteż tworzy maksymalnie 4 wiązania. Wprawdzie znane były związki hiperwalencyjne dla niektórych pierwiastków, gdzie atom tworzył więcej wiązań niż mu starczyło elektronów ale odkrycie, że może je tworzyć też węgiel było dość zaskakujące. Jak na niemetale ma stosunkowo wysoką elektroujemność co powinno przeszkadzać takim połączeniom. Czterowiązalny węgiel to jedno z podstawowych założeń w chemii organicznej.

Prawdopodobnie wiązania są w tym przypadku utworzone poprzez utworzenie orbitalu wielocentrowego, a więc będącego "wiązaniem" łączącym jedną parą elektronową więcej jak dwa atomy, w efekcie węgiel na wierzchołku wprawdzie jest powiązany z sześcioma innymi, ale uzyskuje oktet.[4]

Lek na zatrucie czadem
Tlenek węgla i zatrucia nim kiedyś już omawiałem (link). Wdychany łączy się z hemoglobiną czerwonych krwinek i wypiera z nich tlen, w dodatku połączenie to jest bardzo trwałe, przez co zatruta krwinka nie może już przenosić tlenu. Wraz z kolejnymi wdechami coraz większa ilość krwi ulega zatruciu, zaś człowiek traci przytomność i umiera z powodu niedotlenienia. Ponieważ czad jest bezwonny a niedotlenienie póki jest lekkie nie wywołuje alarmujących objawów, zatrucia nim stają się co roku przyczyną tysięcy zgonów.
Odratowanie częściowo zatrutego jest trudne, najczęściej polega na podawaniu tlenu pod zwiększonym ciśnieniem, czasem próbuje się przetaczania krwi. Dlatego odkrycie, że istnieć może bardziej bezpośrednio działające antidotum, jest bardzo ważne.

Mark Bladwin badał właściwości neuroglobiny, związku podobnego do hemoglobiny występującego w mózgu, mającego pomagać w natlenianiu neuronów Stwierdził podczas analiz, że neuroglobina bardzo silnie wiąże się także z tlenkiem węgla, i to wręcz silniej niż jej kuzynka z krwinek. Dla przebiegu zatrucia miało to o tyle istotne znaczenie, że wskazywało na znacznie silniejszy wpływ nawet małych dawek na mózg, niż na resztę organów. Możliwe, że utrzymywanie się w mózgu tego trwałego połączenia odpowiada za późne neurologiczne objawy zatrucia.

Potem jednak Bladwin skontaktował się z badaczami szukającymi związku, który mógłby usuwać czad z krwi, i zaproponował użycie właśnie tej proteiny. Idea była dość prosta - gdy zatruta hemoglobina z krwinki zetknie się z neuroglobiną, która tworzy z tlenkiem połączenie jeszcze chętniej, nastąpi między nimi wymiana. Neuroglobina utworzy bardzo trwały kompleks z czadem, a hemoglobina z krwinki zostanie odblokowana i zacznie normalnie przenosić tlen.

Pierwsze próby na zwierzętach były bardzo obiecujące, toteż wykorzystano biotechnologię testując wersje neuroglobiny z drobnymi mutacjami. Po wielu próbach i dalszej optymalizacji otrzymano odmianę Ngb H64Q wiążącą się z tlenkiem węgla 500 razy mocniej niż hemoglobina. Podanie jej dożylnie myszom narażonym na śmiertelną dawkę czadu pozwoliło na uratowanie 86% z nich.[5]

Jedwabniki karmione grafenem wytwarzają supernić
To doniesienie brzmi tak dziwacznie, że wciąż czekam czy nie okaże się przemyślnym żartem. Jedwabniki nakarmione liśćmi morwy z dodatkiem węglowych nanorurek i grafenu, wytworzyły jedwab bardziej wytrzymały od naturalnego. Prawdopodobnie cząsteczki białka utworzyły na powierzchni węgla bardziej zbite struktury warstwowe podobne do beta-harmonijki, co zwiększyło ich wytrzymałość.
Po zwęgleniu takiej przędzy powstawało włókno węglowe o zwiększonej przewodności elektrycznej, dlatego dość w sumie prosta technika może znaleźć zastosowanie na przykład do budowy węglowych elektrod.[6]

Chiralne cząstki w kosmosie. 
Życie jest chiralne. Organizmy żywe składają się w dużym stopniu ze związków mających tą właściwość, iż ich cząsteczki mogą tworzyć dwie odmiany przestrzenne, nie identyczne lecz podobne jak lustrzane odbicia. Takimi cząsteczkami są aminokwasy, całe białka czy DNA. Co jednak najbardziej interesujące, spośród dwóch lustrzanych form w organizmach żywych występuje tylko jedna - aminokwasy budujące wszystkie białka organizmu mają konfigurację L, izomery w odmianie D są w naturze rzadkością.

Lustrzane izomery aminokwasów niczym się nie różnią pod względem trwałości czy reaktywności, a ponieważ w reakcjach niebiologicznej syntezy zwykle powstaje mieszanina po równo obu izomerów, powstaje pytanie, czemu ziemskie organizmy ostatecznie wykorzystały tylko jedną z wersji tych cząsteczek? Jedną z propozycji jest założenie, że chiralne cząsteczki z nadmiarem jednej z form były obecne w obłoku z którego powstał układ słoneczny, w związku z czym gdy na Ziemi powstało życie, w praoceanie istniała już przewaga związków o jednej konfiguracji. Z kolei nadmiar jednego z izomerów w pierwotnym obłoku miałby wynikać z oświetlenia go błyskiem promieniowania spolaryzowanego kołowo tak, że cząsteczki o różnej konfiguracji a zatem i różnej czynności optycznej, w różnym stopniu pochłaniały energię i w różnym stopniu się rozkładały.

Aby to potwierdzić należałoby najpierw potwierdzić, że w kosmosie istnieją chiralne cząsteczki, a potem że zachodzi nierównowaga między zawartością lustrzanych form L i D. To pierwsze udało się w minionym roku - w obłoku pyłu i gazu Sagittarius B Północny w pobliżu centrum naszej galaktyki, wykryto spektroskopowo sygnał pochodzący od tlenku propylenu, będący takim właśnie chiralnym związkiem.[7]



Karbinowe nanodruty
Były już nanorurki, fullereny i grafen. Czas więc na następną odmianę węgla - karbiny. Chodzi o cząsteczki będące w zasadzie spolimeryzowanym acetylenem, z naprzemiennym układem wiązań pojedynczych i potrójnych (choć ze względu na delokalizację można też opisać je jako łańcuch atomów węgla połączonych wiązaniami podwójnymi).

Przewidziany teoretycznie materiał powinien mieć potencjalnie interesujące właściwości - niezwykle wysoką właściwą wytrzymałość na zerwanie, sztywność większą niż diament, dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne. Problemem było natomiast jego otrzymanie - dotychczasowe techniki oparte o redukcję acetylenków metali czy alkenów zwykle prowadziły do otrzymania krótkich odcinków, zakończonych dużymi grupami innego rodzaju, posplatanych i posklejanych na różne sposoby. Jeśli jakiś zespół wymyślił metodę kontrolowanego otrzymania nici 40-50 atomowej, to już tym to sukces.
Dlatego ostatnie odkrycie jest potężnym skokiem technologicznym - przy pomocy odpowiednio dobranych warunków udało się otrzymać węglowe nanorurki z "wkładem" z łańcuchów karbinowych o długości do 6000 atomów. [8]
-------
* Chemistry & Engeenering 10 najbardziej poczytnych artykułów 2016 roku
* Compound Interest Biggest chemistry stories 

[1]  J. Wudarczyk et. al.  Hexasubstituted Benzenes with Ultrastrong Dipole Moments, Angewandte Chemie International Edition, vol. 55, pp. 3220-3223, 2016.
[2]  http://www.rzepa.net/blog/?p=17205
[3] Leo Radom et.al.  Preparation of an ion with the highest calculated proton affinity: ortho-diethynylbenzene dianion, Chem. Sci., 2016,7, 6245-6250
[4] Moritz Malischewski, K. Seppelt "Crystal Structure Determination of the Pentagonal-Pyramidal Hexamethyl benzene Dication", Angew. Chem. Int.Ed.  56 (1): 368–370.
[5] Mark T. Bladwin et.al.  Five-coordinate H64Q neuroglobin as a ligand-trap antidote for carbon monoxide poisoning, Science Translational Medicine  8,  368, pp. 368-173
[6] Qi Wang et al. Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers, Nano Letters (2016) 16 (10), pp 6695–6700
[7]  B McGuire et al, Discovery of the interstellar chiral molecule propylene oxide (CH₃CHCH₂O)
Science, 2016, 352, 1449

[8]  Thomas Pichler et al. Confined linear carbon chains as a route to bulk carbyne, Nature Materials,15, 634–639 (2016)

Inteligentne tabletki?

Reklamy środków przeciwbólowych są do siebie bardzo podobne i chętnie stosują ten sam schemat. Zwykle pojawia się tam bądź młoda kobieta oblegana przez wrzeszczące dzieci, starszy pan schylający się po upuszczony przedmiot, ewentualnie mechanik w warsztacie podnoszący coś ciężkiego. Wtem pojawia się ostrzegawczy sygnał - sielankowa muzyka zamienia się w dźwięk syreny, nasi bohaterowie krzywią się jak tylko mogą, a na skroni, dłoni lub plecach wykwita czerwone jądro bólu. Ale to nic, zaraz sięgają po tabletkę X, która na wizualizacjach od razu po wsunięciu w usta przeciska się przez organizm jak karabinowa kula i "dociera do źródła bólu" likwidując go natychmiastowo. Pod tym względem tabletki na ból głowy przebijają chyba tylko reklamy prozdrowotnych jogurtów, z biegającymi po wnętrznościach rycerzami z ochronną tarczą.

Tak przedstawione działanie leku jest jednak zbytnim uproszczeniem.

Gdy połkniemy tabletkę, rozpuści się ona w żołądku i wchłonie, dalsza droga substancji czynnej nie ma jednak zbyt wiele wspólnego z inteligentnym docieraniem do miejsca gdzie boli. Substancja nie wybiera sobie którą tętniczką chce popłynąć i wiedziona intuicją omija wiele innych odnóg by dotrzeć tam gdzie jest potrzebna. Zamiast tego zostaje przypadkowo rozprowadzona po całym organizmie, docierając do bolesnego miejsca w zasadzie przy okazji. Jest natomiast coś z prawdy w sloganie, że substancja z preparatu "działa w miejscu bólu".

Odczuwanie bólu, oprócz tylko podrażniania zakończeń nerwowych, jest powiązane z wydzielaniem czynników prozapalnych w miejscach zmienionych chorobowo lub w miejscu urazu, takich jak cytokiny i prostaglandyny. Środki z grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych, do których należy Aspiryna i Paracetamol, działają głównie przez hamowanie wydzielania tych substancji, odpowiedzialnych za lokalne dolegliwości, ale też na przykład za objawy infekcji. Dlatego też wiele środków przeciwbólowych znosi także objawy grypy i przeziębień. W przypadku lokalnej dolegliwości objawiającej się bólem, cytokiny wytwarzane są tylko tam, dlatego składnik leku hamujący ich wydzielanie faktycznie działa konkretnie w miejscu bólu.

Jednak reklamy mówiące o działaniu substancji czynnej w miejscu bólu poza tym, że upraszczają sprawę, niosą także pewne niebezpieczeństwo. Mianowicie sugerują, że ma ona działanie tylko tam i nigdzie indziej. Ponieważ jednak lek przeciwbólowy rozprowadza się po całym organizmie, może zacząć działać nie tylko w jednym miejscu i czasem może też nam poważnie zaszkodzić.

Leki dostępne bez recepty są generalnie traktowane jako bezpieczne, toteż po zakupie nie wczytujemy się specjalnie w ulotkę, najwyżej szukamy na opakowaniu informacji ile można brać w ciągu dnia. W rzeczywistości jednak nawet spożycie w zalecanej ilości może nieść pewne skutki uboczne. Znane są powszechnie problemy żołądkowe podczas długotrwałego użycia aspiryny. Oprócz hamowania stanów zapalnych powoduje ona także rozrzedzenie krwi i zmniejszenie krzepliwości a także zmniejszenie wydzielania śluzu przez ścianki żołądka. Kombinacja tych czynników może skutkować krwawieniami i owrzodzeniami. Podobne objawy, choć mniej nasilone, wywołuje ibuprofen. Długotrwałe użycie Pyralginy może spowodować spadek poziomu komórek układu odpornościowego, prowadząc do częstych i groźnych infekcji.

Spośród łatwo dostępnych środków najwięcej interwencji medycznych wywołuje jednak paracetamol. Powyżej dziennej dawki 4 g powoduje nieodwracalne uszkodzenie wątroby. A o przedawkowanie wbrew pozorom nie tak trudno, jest bowiem częstym składnikiem preparatów złożonych o różnych nazwach i z zalecanym innym wskazaniem. Jedne tabletki na noc, inne na dzień, jedne bardziej na bóle mięśniowe inne na menstruacyjne. Przy kombinacji różnych dolegliwości konsument może więc nieświadomie zażyć szkodliwą ilość substancji czynnej, sądząc że użył jedynie bezpieczne dawki kilku różnych leków.*

Aż do lat 90. najpopularniejszą u nas była "tabletka z krzyżykiem" zawierająca fenacetynę. Wycofano ją jednak bo przy dłuższym użyciu powodowała uszkodzenia wątroby i nerek. Jednym z jej częstych i paradoksalnym skutków ubocznych, były zmiany krwi powodujące niedotlenienie. Paradoks tkwił w tym, że jednym z pierwszych objawów niedotlenienia był... ból głowy.

Naprawdę inteligentna tabletka

Postęp biomedycyny sprawił, że już wkrótce na rynku pojawić się może tabletka, która rzeczywiście może być nazwana inteligentną. W zeszłym roku firma Philips zaprezentowała prototyp kapsułki zawierającej microchip, czujniki i zbiorniczek z lekiem[1]. Po połknięciu kapsułka wydziela ściśle określone dawki leku w zaordynowanym przez lekarza czasie, a ponadto mierzy temperaturę, kwasowość i wiele innych parametrów w ciele pacjenta, przesyłając je do odbiorników na zewnątrz. Dzięki temu możliwa jest kontrola stanu organizmu i odpowiednia zmiana dawkowania. Pozwala to ominąć częsty problem nieregularnego zażywania leków, zwłaszcza u osób mających problemy z pamięcią. Pytanie tylko czy ktoś odważy się połknąć tabletkę, która mogłaby się okazać mądrzejsza od niego?

[Tekst w nieco przeredagowaniej formie ukazał się w pierwszym numerze kwartalnika Przekrój]
---------------------
* Jednym z najgorszym powikłań nadużywania paracetamolu i innych niesteroidowych leków przeciwzapalnych, jest toksyczna nekroliza naskórka. Nieprawidłowa reakcja organizmu na lek powoduje martwicę, powstawanie pęcherzy i złuszczanie się naskórka dużymi płatami. Wizualnie przypomina to poparzenie drugiego stopnia. Zespół pojawia się nagle po okresie dłuższego, codziennego używania leku, zwykle od tygodnia do sześciu od rozpoczęcia przyjmowania. Cechuje się wysoką śmiertelnością ale na szczęście jest bardzo rzadki.

[1]  http://gadzetomania.pl/45814,ipill-tabletka-z-mikroprocesorem