Товариство хімічної промисловості - дейтерієва дієта
C&I Випуск 9, 2020
Чи може включення дейтерованих жирних кислот у наш раціон допомогти нам вести здоровіше і довше життя зі зниженим ризиком нейродегенеративних захворювань, запитує Вадим Демидов
У середині 2000-х у вченого Оксфордського університету Михайла Щепінова виникла нова ідея використовувати важкі нерадіоактивні важкі ізотопи для уповільнення старіння. Його ідея оберталася навколо уповільнення пошкодження вільних радикалів в організмі, спричиненого активними видами кисню (АФК), однією з основних причин старіння та вікових захворювань.
АФК окислюють і пошкоджують клітинні субстрати через реакції переносу атома водню (HAT). Однак ізотопне заміщення може істотно уповільнити швидкість хімічного перетворення через кінетичний ефект ізотопу (KIE). Важкий ізотоп водню дейтерій (2H або D) утворює міцніші зв’язки з вуглецем та іншими атомами, ніж легший нормальний атом водню (1H або просто H). Швидкість реакцій простого переносу атомів водню (HAT), як правило, повинна сповільнюватися в шість-десять разів, коли водень замінюється його нерадіоактивним ізотопом дейтерієм. Заміна водню важчим тритієм (3Н або Т) повинна ще більше уповільнити ці реакції, оскільки він втричі важчий. Але тритій нестійкий і високо радіоактивний, отже шкідливий для тканин людини.
Таким чином, дейтеризація кількох вибраних місць на біомолекулах, націлених на АФК, може призвести до стійкості до атак АФК, що спричиняють старіння, міркував Щепінов.1 Важливо, що такий `` ізотопний обмін '' кардинально не змінить цих сполук - їх структура зв'язку бути однаковими, а їх хімічні властивості будуть в основному незмінними. Навіть розмір і форма дейтерованих молекул не зміниться, оскільки атом дейтерію має приблизно такий же діаметр, як водень, і вони обидва утворюють ковалентні зв'язки однакової довжини з іншими атомами. Однак дейтерій буде важче видаляти.
Щепінов подав заявку на патент на свій потенційний винахід проти старіння, а в 2006 році разом із підприємцями в галузі біотехнологій Робертом Молінарі та Чарльзом Кантором заснував фармацевтичний стартап Retrotope, що базується в Каліфорнії.
Перше, що мала зробити нова компанія, - це довести принцип, згідно з яким ізотопні заміщення можуть продовжити довголіття. Щоб отримати первинні докази, Щепінов працював із співавторами з вирощування аскарид Caenorhabditis elegans на збагаченій ізотопами їжі, щоб перевірити, чи не збільшило це тривалість їх життя. Ці крихітні непаразитичні нематоди часто використовуються як модельні організми в біомедичних дослідженнях.
Ретельне дослідження, опубліковане в 2019 році, справді виявило, що добавки дейтерію призвели до продовження життя хробака на 15% .2 Це дослідження також довело, що збільшення тривалості життя дейтерованої їжі було обумовлено зменшенням накопичення шкідливих АФК у мірі того, як глисти старіли та, отже, до зменшеного окисного стресу. Звіт про дослідження Стенфордського університету також виявив значне продовження тривалості життя дріжджів за рахунок поглинання або дейтерованої глюкози, або важкої води (D2O) .3 Якщо подібні ефекти трапляються і у людей, ці результати свідчать про те, що порівнянні добавки дейтерію можуть додати до нашого життя кілька років.
Таким чином, теорії Щепінова про вживання важких ізотопів протягом тривалого та здорового способу життя були перевірені в дослідженнях на примітивних тваринах та нижчих еукаріотах. Далі «Ретротоп» був зацікавлений поширити ці дослідження на вищих тварин і людей, а потім на вікові хвороби та інші стани.
Перспективний поворот
Зовсім недавно компанія звернула свою увагу на дегенеративні неврологічні розлади. "Нещодавно отримані дані, які проливають нове світло на молекулярні механізми різноманітних невропатологій, відповідають раніше запропонованій гіпотезі, що в патогенезі цих дегенеративних захворювань беруть участь в основному реакції АФК", - говорить Щепінов, [нині] керівник компанії Науковий співробітник.
Виявлено, що загальною «ахілесовою п’яткою» у всіх цих різних нейродегенераціях є нейронні мембрани, які атакуються АФК, ініціюючи набір пошкоджуючих окисних ланцюгових реакцій. Нейрони - це будівельні блоки нашої нервової системи. Ці вузькоспеціалізовані нервові клітини відповідають за передачу та отримання інформації за допомогою своїх унікальних видовжених клітинних мембран, які особливо схильні до пошкодження АФК, оскільки мають високий рівень споживання кисню та дуже високий вміст ліпідів, що містять поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК).
Вразливість мембран до окислювальних пошкоджень виникає внаслідок їх унікальної структури, в якій ліпіди щільно укладені між собою у впорядкований двошаровий масив. Окислювальне ураження поодинокими АФК викликає каскад пошкоджувальних ліпідів подій, що має катастрофічні наслідки для цілісності мембрани, оскільки окислені ліпіди не можуть утворити впорядкований бішар. Натомість їх розташування сильно порушено, що призводить до утворення ліпідного двошару з отворами та витоками, які руйнують належну функцію мембрани. Більше того, окислені ліпіди утворюють різноманітні високореактивні побічні продукти, які можуть атакувати білки та нуклеїнові кислоти, викликаючи додаткові патології. У сукупності ця шкода призводить до нейродегенерації.
Остання ідея Retrotope полягає у використанні KIE для лікування нейродегенерації, захищаючи нейронні мембрани від ініційованих АФК окислювальних ланцюгових реакцій. Це буде здійснено шляхом вибіркової заміни атомів Гідрогену, прилеглих до ненасичених атомів вуглецю - основних місць атаки АФК, які називаються «біс-алільними ділянками», ізотопами дейтерію. Нейрони людини будуть захищені від АФК шляхом годування підсилених дейтерієм ефірних жирових кислот, лінолевої та лінолевої кислот (основних попередників ліпідів мембран) пацієнтам з неврологічними захворюваннями. Ці ПНЖК зазвичай вживаються як частина нашого раціону, оскільки людські організми не здатні їх синтезувати.