Protony (H + ) i wodór cząsteczkowy (H 2 ) w komórce mają kluczowe znaczenie w wielu różnych procesach. Nowe leczenie raka wykorzystuje H 2 , biologicznie nieaktywny gaz. H 2 można szybko przenikać przez błony komórkowe i osiągać przedziały subkomórkowe w celu ochrony DNA jądrowego i mitochondria. H 2 zmniejsza stres oksydacyjny, działa przeciwzapalnie i działa jako modulator apoptozy. Egzogenny H 2 to terapia ochronna, którą można zastosować w przypadku raka. Cyklotrony i synchrotrony są obecnie wykorzystywane do produkcji protonów. Radioterapia wiązką protonów (PBT) jest bardzo obiecującą metodą leczenia szerokiej gamy nowotworów. H 2 i różne rodzaje podawania H 2 mogą stanowić nową strategię terapeutyczną w leczeniu raka.
Struktura i dynamika różnych form wodoru i tlenu są przedmiotem licznych badań. Kiedy tlen łączy się z innym pierwiastkiem, co określa się jako utlenianie, uwalniane jest więcej energii niż w przypadku połączenia jakichkolwiek innych pierwiastków. W komórce uwalniana energia jest powolna.
Liczba atomowa tlenu wynosi 8 w układzie okresowym pierwiastków, co oznacza, że atom tlenu zawiera osiem elektronów. Jego elektrony są wypełnione w następującej kolejności: dwa elektrony na pierwszym orbicie i sześć elektronów na drugim orbicie. Dlatego w cząsteczce tlenu znajduje się 16 elektronów. Tlen ma w swojej zewnętrznej powłoce dwa niesparowane elektrony na osobnych orbitach. Ta struktura elektronowa sprawia, że tlen jest szczególnie podatny na powstawanie rodników. Wolny rodnik definiuje się jako dowolny związek chemiczny, który zawiera niesparowane elektrony na swoim zewnętrznym orbicie.
Wodór atomowy (H) jest numerem 1 w układzie okresowym pierwiastków. Składa się z jednego protonu i jednego niesparowanego elektronu, a zatem jest wolnym rodnikiem. Kiedy atom wodoru traci elektron, pozostaje tylko proton. Staje się dodatnio naładowanym jonem wodoru znanym jako H + . H 2 jest gazem, który tworzy się, gdy razem dwa atomy wodoru, wiązanie i stają cząsteczka wodoru składa się z dwóch protonów i dwóch elektronów.
Wodorotlenek (OH − ), znany również jako jon hydroksylowy, nie jest wolnym rodnikiem. Sekwencyjna redukcja tlenu cząsteczkowego prowadzi do powstania grupy ROS, takiej jak anion ponadtlenkowy i rodnik hydroksylowy. Rodnik hydroksylowy •OH jest obojętną formą jonu wodorotlenkowego (OH − ) i jest wysoce reaktywnym wolnym rodnikiem. Anion ponadtlenkowy (O 2 −• ) ma duże znaczenie w biologii komórki, ponieważ prowadzi do powstawania ROS. O 2 −• może ulegać dysmutacji do tlenu cząsteczkowego (O 2 ) i nadtlenku wodoru (H 2 O 2 ), albo spontanicznie, albo w reakcji katalizowanej przez dysmutazy ponadtlenkowe (SOD). H 2 O 2 jest konwertowany do •OH kilkoma drogami, katalizowany przez reakcje Habera-Weissa i katalizowany przez reakcje Fentona (Rysunek 1). W biologii ROS opisano proces chemicznej reakcji łańcuchowej obejmujący trzy etapy: inicjację, propagację i zakończenie [ 2 ].
Komórki rakowe w obrębie guza są heterogeniczne pod względem ich swoistości, takiej jak morfologia, markery powierzchni komórki, kinetyka proliferacji i odpowiedź na terapię.
Jak stwierdzono powyżej, komórki utrzymują pHi w wąskim zakresie (7,1–7,2), a fizjologiczne pH krwi tętniczej utrzymuje się dokładnie na poziomie 7,40. W przeciwieństwie do tego, komórki rakowe funkcjonują w zasadowych warunkach cytoplazmatycznego pH powyżej 7,4 i pozakomórkowego pH 6,7-7,1. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób zmienia się stan redoks i pH podczas progresji nowotworu, w jaki sposób aktywuje różne białka podczas proliferacji i jakie są mechanizmy związane z opornymi właściwościami nowotworów. Istnieją mocne dowody na to, że komórki rakowe są zwykle pod wyższym OS niż normalne komórki i że dodatkowy wzrost poziomu prooksydantów może wywołać śmierć komórki. W komórkach nowotworowych opisano paradoks redoks, a zmiany pH wydają się być zaangażowane w ten proces [ 10 ].
Kwaśne zewnątrzkomórkowe mikrośrodowisko guza wspomaga ekspresję czynników angiogennych. W kilku ostatnich pracach przeglądowych omówiono onkogenne konsekwencje transportu H + w błonie plazmatycznej, aw tej dziedzinie przeprowadzono wiele fundamentalnych badań podkreślających rolę endosomalnego pH w fenotypach nowotworów. Transportery i kanały jonów są zaangażowane w regulację pH endosomalnego w przedziałach endosomalnych. Wewnątrzkomórkowe elementy wymieniaczy (Na + /H + ) (NHE) stanowią nadrodzinę związaną z przerzutami nowotworowymi [ 11 , 12 ]. Te egzosomy są ważnymi mediatorami komunikacji międzykomórkowej w narządach [ 13] i są wydzielane obficie przez komórki rakowe. Podwyższony poziom wewnątrzkomórkowego Ca2 + i modyfikacje transportu H + mają kluczowe znaczenie dla progresji i przerzutów nowotworu. Równowaga kwasowo-zasadowa jest kontrolowana w inny sposób w komórkach nowotworowych i normalnych [ 14 ]. Komórki rakowe mają niezwykłą regulację dynamiki protonów, związaną z regionalnym niedotlenieniem i zwiększoną glikolizą, wywołującą kwasowość zewnątrzkomórkową i zasadowość wewnątrzkomórkową. Nagromadzenie jonów mleczanowych i protonowych w przestrzeni pozakomórkowej powoduje powstanie kwaśnego środowiska, które sprzyja proliferacji [ 15 ].
Jak opisano powyżej, jako modulator apoptozy, H- 2 wykazuje aktywność przeciwnowotworową i efekty terapeutyczne w leczeniu chorób hematologicznych. Wręcz przeciwnie, po radioterapii nowotworów, zwłaszcza w sercu, promieniowanie jonizujące powoduje uszkodzenie zdrowych tkanek [ 44 ]. Te efekty radiotoksyczne są głównie związane z produkcją ROS, która uszkadza różne komórki. Ponieważ H 2 może zmniejszyć produkcję ROS, H- 2 leczenie może być skuteczne w leczeniu zespołu ostrego promieniowania [ 45 ]. Dodatkowo H 2 jest środkiem ochronnym w ochronie przed promieniowaniem tkanek wrażliwych na promieniowanie, na przykład w nowotworach skóry [ 46]. Zastosowanie procesu hiperbarycznego wykazało również korzystne efekty w różnych interwencjach nowotworowych. Najnowsze dane potwierdzają zasadność stosowania tlenu hiperbarycznego i hiperbarycznego H 2 w leczeniu nowotworów
Podsumowując, H 2 wykazał działanie zapobiegawcze i terapeutyczne. Wstępne traktowanie H 2 jest bardziej skuteczne niż późniejsze [ 66 ]. H 2 zmniejsza stres oksydacyjny, działa przeciwzapalnie i działa jako modulator apoptozy [ 67 ]. Dodanie do bezpośredniego wpływu • OH wychwytywania efekty biologiczne H 2 są przypisane do modulowania przekazywania sygnału i zmiany w ekspresji genów. Wiele mechanizmów komórkowych w H 2 terapii pozostają niejasne, ponieważ reaguje na pewno tego gazu z przypuszczalnych cząsteczek. Ponadto związek między metabolizmem energetycznym mitochondriów a dystrybucją H 2nie została jeszcze w pełni ustalona [ 68 ]. Największe zalety stosowania H 2 jest jego zdolność do penetracji przez błony biologiczne i mniejsze niekorzystne skutki związane z jego użyciem. W tych warunkach, H- 2, oraz różne typy H 2 dawców [ 69 ] może stanowić nowe strategie terapeutyczne w leczeniu raka.
całe badanie https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7924327/?fbclid=IwAR0v7FIelnmQqdBnnU65TcQ1ukaj8pn3BkEXOy70nw1wx61C1DC9_a04JbY
