Unter all den verschiedenen Krebsbehandlungen kann die photodynamische Therapie, bei der Licht verwendet wird, um bösartige Zellen zu zerstören, eine der seltsamsten Nebenwirkungen haben: Patienten können im Dunkeln oft besser sehen.
Letztes Jahr fanden Forscher endlich heraus, warum dies geschieht: Rhodopsin, ein lichtempfindliches Protein in der Netzhaut unserer Augen, interagiert mit einer lichtempfindlichen Verbindung namens Chlorin e6, einem entscheidenden Bestandteil dieser Art der Krebsbehandlung.
Die Arbeit baute auf dem auf, was Wissenschaftler bereits über die organische Verbindung Retinal wussten, die im Auge vorkommt und normalerweise nicht für Infrarotlicht empfindlich ist.
Sichtbares Licht löst die Trennung der Netzhaut von Rhodopsin aus – dies wird in das elektrische Signal umgewandelt, das unser Gehirn interpretiert. Obwohl wir nachts nicht viel sichtbares Licht bekommen, stellt sich heraus, dass dieser Mechanismus auch mit einer anderen Kombination aus Licht und Chemie ausgelöst werden kann.
Unter Infrarotlicht und einer Chlorin-Injektion verändert sich die Netzhaut genauso wie unter sichtbarem Licht.
„Dies erklärt die Zunahme der nächtlichen Sehschärfe“, sagte der Chemiker Antonio Monari von der Universität Lothringen in Frankreich im Januar 2020 gegenüber Laure Cailloce vom CNRS.
„Allerdings wussten wir nicht genau, wie Rhodopsin und seine aktive Netzhautgruppe mit Chlorin interagiert. Genau diesen Mechanismus ist es uns nun gelungen, mittels molekularer Simulation aufzuklären.“
Zusammen mit einigen hochrangigen chemischen Berechnungen verwendete das Team eine molekulare Simulation, um die Bewegungen einzelner Atome (in Bezug auf ihre jeweilige Anziehung oder Abstoßung) sowie das Aufbrechen oder Herstellen chemischer Bindungen zu modellieren.
Die Simulation lief mehrere Monate – und zerkaute Millionen von Berechnungen – bevor sie die chemische Reaktion, die durch Infrarotstrahlung verursacht wird, genau modellieren konnte. Im wirklichen Leben würde die Reaktion in nur Nanosekunden ablaufen.
“Für unsere Simulation haben wir ein virtuelles Rhodopsin-Protein, das in seine Lipidmembran eingefügt ist, mit mehreren Chlorin-e6-Molekülen und Wasser oder mehreren Zehntausend Atomen in Kontakt gebracht”, sagte Monari gegenüber CNRS.
Da Chlorin e6 die Infrarotstrahlung absorbiert, interagiert es mit dem Sauerstoff im Augengewebe und wandelt ihn in hochreaktiven Singulett-Sauerstoff um – neben der Zerstörung von Krebszellen kann Singulett-Sauerstoff auch mit Netzhaut reagieren und eine Steigerung der Nachtsicht ermöglichen, dem molekularen Simulation zeigt.
Jetzt kennen die Wissenschaftler die Chemie, die dieser seltsamen Nebenwirkung zugrunde liegt, und können die Wahrscheinlichkeit eines solchen Auftretens bei Patienten, die sich einer photodynamischen Therapie unterziehen, begrenzen, die berichtet haben, dass sie im Dunkeln Silhouetten und Umrisse sehen.
Später könnte diese chemische Reaktion sogar genutzt werden, um bestimmte Arten von Blindheit oder Überempfindlichkeit gegenüber Licht zu behandeln – obwohl es absolut nicht empfohlen wird, Chlorin e6 zu verwenden, um sich übermenschliche Nachtsicht zu verschaffen.
Es ist ein weiteres Beispiel für die Erkenntnisse, die wir auch aus molekularen Simulationen gewinnen können und wie die leistungsstärksten Computer der Welt uns ein tieferes Verständnis der Wissenschaft vermitteln können, als wir es sonst hätten.
„Molekulare Simulation wird bereits verwendet, um grundlegende Mechanismen zu beleuchten – zum Beispiel warum bestimmte DNA-Läsionen besser repariert werden als andere – und die Auswahl potenzieller therapeutischer Moleküle durch Nachahmen ihrer Interaktion mit einem ausgewählten Ziel zu ermöglichen“, sagte Monari gegenüber CNRS.
Die Studie wurde im . veröffentlicht Journal of Physical Chemistry Letters.
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Februar 2020 veröffentlicht.