Fulerenol – właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych

ABSTRACT
Fullerenols, the water-soluble derivatives of fullerenes, are currently being recently intensively studied in the context of the possibility of their application in the biomedicine. Due to their hydrophilic properties and the ability to eliminate free radicals, fullerenols may in the future provide a solid alternative to currently used pharmacological methods in chemotherapy, treatment of neurodegenerative diseases and radiobiology. Depending on the research protocol
applied, fullerenols may also act as pro oxidants. The dualistic nature of fullerenols may
contribute to finding new biomedical applications of these agents in the future, by exerting
a cytotoxic or protective effect respectively against cancer cells or healthy cells. Because of
the encapsulated structure of fullerenols, there exists the possibility of their application in
medical diagnostics in the transfer of contrast agents or in the drug transport.
During the planning of an experiment designed to investigate the effects of radiation in
combination with derivatives of water-soluble fullerenes, the possibility of appearance of the
“dose-response effect” should be taken into consideration since it significantly contributes to
one of the two possible effects: protection or sensitization. The same applies to the possibility
of using these compounds as potential neuroprotectors. Fullerenol may protect neurons in
the particular areas of the brain but in the definedcertain doses it may also induce cell death.
A giant leap in the field of nanotechnology not only leads scientists to search for new applications
of nanomaterials such as fullerenols, but also raises the question about their harmful
effect on the environment. High utilization of hardly biodegradable fullerenols increases the
likelihood of their accidental release into natural systems and their bioaccumulation.
Despite convincing evidences about the potential applications of fullerenols in biomedicine,
we still have insufficient knowledge about the mechanism of action of these molecules and
their possible side effects.

Full-text

Available from: Anita Krokosz
Streszczenie
Fulerenole, będące rozpuszczalnymi w wodzie, hydroksylowanymi pochodnymi fulerenów stały
się w ostatnich latach obiektem licznych badań nad możliwością zastosowania ich w naukach
biomedycznych. Dzięki hydrolowym właściwościom oraz zdolności eliminowania wolnych
rodników, związki te mogą w przyszłości stanowić poważną alternatywę dla obecnie stosowa-
nych metod farmakologicznych w chemioterapii, w terapii chorób neurodegeneracyjnych czy
w radiobiologii. W zależności od zastosowanego układu badawczego fulerenole mogą również
działać jak prooksydanty. Dualistyczny charakter działania fulerenoli może w przyszłości być
wykorzystany jako czynnik o działaniu cytotoksycznym wobec komórek nowotworowych lub
ochronnym wobec komórek prawidłowych. Ze względu na kapsułkobudowę fulerenoli,
dostrzega się również możliwość ich zastosowania w diagnostyce medycznej do przenoszenia
związków kontrastujących czy też do transportu leków.
Podczas projektowania układów doświadczalnych, mających na celu zbadanie efektów promie-
niowania w połączeniu z pochodnymi fulerenów rozpuszczalnych w wodzie, należy uwzględ-
niać możliwość wystąpienia „efektu stężeniowego”, który w znaczny sposób przyczynia się
do uzyskania jednego z dwóch efektów: ochronnego lub toksycznego. Podobnie dzieje się w
przypadku zastosowania tych związków jako potencjalnych neuroprotektorów. Fulerenol może
bowiem chronić neurony pewnych obszarów mózgu, ale w określonych dawkach może także
indukować śmierć komórkową.
Olbrzymi postęp w dziedzinie nanotechnologii nie tylko skłania naukowców do poszukiwania
nowych zastosownanozwiązków, takich jak fulerenole, ale stawia również pytanie o ich szko-
dliwość na środowisko naturalne. Rosnące wykorzystanie trudno degradowalnych materiałów
fulerenowych zwiększa prawdopodobieństwo przypadkowego uwolnienia tychże związków do
systemów naturalnych i ich bioakumulacji.
Mimo przekonujących przesłanek na temat potencjalnych możliwości zastosowania fulerenoli
w biomedycynie, wciąż dysponujemy zbyt małą wiedzą na temat mechanizmu działania tych
cząsteczek oraz ewentualnych działań niepożądanych.
fulerenol • stres oksydacyjny • nanomedycyna
Summary
Fullerenols, the water-soluble derivatives of fullerenes, are currently being recently intensively
studied in the context of the possibility of their application in the biomedicine. Due to their
hydrophilic properties and the ability to eliminate free radicals, fullerenols may in the future
provide a solid alternative to currently used pharmacological methods in chemotherapy,
Słowa kluczowe:
Received: 2012.09.15
Accepted: 2013.06.03
Published: 2013.08.23
Fulerenol – właściwości i zastosowanie
w naukach biomedycznych*
Fullerenol – properties and applications in biomedical sciences
Jacek Grębowski
1
, Paulina Kaźmierska
2
, Anita Krokosz
1
1
Katedra Biozyki Molekularnej, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki
2
Katedra Neurobiologii, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; 67
www.phmd.pl
Review
859
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; 67: 859-871
e-ISSN 1732-2693
*Praca powstała dzięki wsparciu nansowemu ze środków NCN 2011/03/N/ST4/01281.
Page 1
860
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: ????
Adres autora: mgr Jacek Grębowski, Katedra Biozyki Molekularnej, Uniwersytet Łódzki, ul. Pomorska 90-236
Łódź; e-mail: jacek.grebowski@gmail.com
Full-text PDF:
Word count:
Tables:
Figures:
References:
http://www.phmd.pl/fulltxt.php?ICID=1063743
4965
4
121
treatment of neurodegenerative diseases and radiobiology. Depending on the research proto-
col applied, fullerenols may also act as pro oxidants. The dualistic nature of fullerenols may
contribute to nding new biomedical applications of these agents in the future, by exerting
a cytotoxic or protective eect respectively against cancer cells or healthy cells. Because of
the encapsulated structure of fullerenols, there exists the possibility of their application in
medical diagnostics in the transfer of contrast agents or in the drug transport.
During the planning of an experiment designed to investigate the eects of radiation in
combination with derivatives of water-soluble fullerenes, the possibility of appearance of the
“dose-response eect” should be taken into consideration since it signicantly contributes to
one of the two possible eects: protection or sensitization. The same applies to the possibility
of using these compounds as potential neuroprotectors. Fullerenol may protect neurons in
the particular areas of the brain but in the denedcertain doses it may also induce cell death.
A giant leap in the eld of nanotechnology not only leads scientists to search for new appli-
cations of nanomaterials such as fullerenols, but also raises the question about their harmful
eect on the environment. High utilization of hardly biodegradable fullerenols increases the
likelihood of their accidental release into natural systems and their bioaccumulation.
Despite convincing evidences about the potential applications of fullerenols in biomedicine,
we still have insucient knowledge about the mechanism of action of these molecules and
their possible side eects.
fullerenol • oxidative stress • nanomedicineKey words:
Wykaz skrótów: ALAT (ALT) – aminotransferaza alaninowa; alfa-HBDHdehydrogenaza α-hydroksymaślanowa;
AMPA – kwas α-amino-3-hydroksy-5-metylo-4-izoksazylopropionowy; ASPAT (AST) – aminotrans-
feraza asparaginianowa; ATP – adenozyno-5’-trifosforan; BUN – stężenie azotu mocznikowego
we krwi; CAT – katalaza; CK – kinaza keratynowa; CREA – kreatynina; 2CP – 2-chlorofenol; DA
dopamina; DNR – daunorubicyna; DOX – doksorubicyna; DPPH – 1,1-difenylo-2-pikrylohydrazyl;
EEG – elektroencefalograa; EKG – elektrokardiograa; EPR – elektronowy rezonans paramag-
netyczny (electron paramagnetic resonance; electron spin resonance); FlFFF – frakcjonowanie
przepływowe w polu odśrodkowym; FulOH – fulerenol; GABA
A
– klasa receptorów pobudzanych
przez kwas γ-aminomasłowy; GSH-Px – peroksydaza glutationowa; GST – zredukowany glutation;
GT – transferaza glutationowa; HOMO – najwyższy zapełniony orbital molekularny (highest oc-
cupied molecular orbital); KA – kwas kainowy; LDH – dehydrogenaza mleczanowa; LET – liniowe
przekazywanie energii (linear energy transfer); LUMO najniższy niezapełniony orbital molekularny
(lowest unoccupied molecularoorbital); MAO
B
– monoaminooksydaza typu B; MDA – dialdehyd
malonowy; MPP
+
– kation 1-metylo-4-fenylopirydyny; MRI – magnetyczny rezonans jądrowy (ma-
gnetic resonance imaging); MTPT – 1-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyna; NMDA – kwas
N-metylo-D-asparaginowy; PBS – zbuforowany roztwór soli zjologicznej; PET – pozytronowa
emisyjna tomograa komputerowa (positron emission tomography); RFT – reaktywne formy
tlenu; SA – kwas salicylowy; SOD – dysmutaza ponadtlenkowa; SPECT – tomograa emisyjna
pojedynczych fotonów (single-photon emission computed tomography); TBARS – stężenie koń-
cowych produktów peroksydacji lipidów (thiobarbituric acid reactive substances) TK – tomograa
komputerowa (computed tomography).
Page 2
861
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
Wstęp
W ostatnich latach wiele uwagi poświęcono badaniu po-
tencjalnie bioaktywnych pochodnych fulerenu rozpusz-
czalnych w wodzie, ze szczególnym uwzględnieniem ich
właściwości pro i antyoksydacyjnych [63,109,112,114].
Właściwości te wynikają z istnienia systemu zdelokalizowa-
nych podwójnych wiązań π występujących w klatce fulere-
nu. Słaba rozpuszczalność fulerenów w cieczach polarnych
jest poważnym mankamentem w biomedycznym zastoso-
waniu „węglowych piłek”. Dlatego też rozpoczęto badania
nad możliwością przyłączenia polarnych grup funkcyjnych
do węglowej klatki fulerenu w celu zwiększenia rozpusz-
czalności tych nanocząstek w rozpuszczalnikach polar-
nych, a przede wszystkim w wodzie. W celu otrzymania
pochodnej fulerenu o hydrolowych właściwościach wy-
korzystano reakcję addycji grup hydroksylowych do C
60
uzyskując w ten sposób polihydroksylowany fuleren C
60
(fulerenol; fulerol; C
60
(OH)
n
) [20,21,61,119]. Ogólny schemat
budowy fulerenolu przedstawiono na ryc. 1.
Jedno z pierwszych doniesień na temat potencjalnych
właściwości antyoksydacyjnych fulerenolu pochodzi z
1995 r., w którym Chiang i wsp. [22] dowodzą, że fulerenol
skutecznie działa jako zmiatacz anionorodnika ponadtlen-
kowego (O
2
-
), generowanego w układzie ksantyna-oksyda-
za ksantynowa. Nielsen i wsp. [86] oraz Markovic i Traj-
kovic [79] w swoich obszernych pracach przeglądowych
opisali dotychczasowe wyniki badań dotyczących anty-
oksydacyjnych właściwości fulerenoli. Fulerenole wyka-
zują również zdolność hamowania reakcji inicjowanych
przez reaktywne formy azotu, reagując bezpośrednio z
tlenkiem azotu (NO) [85].
Możliwy jest również inny mechanizm działania fulereno-
lu, zachodzący z udziałem światła widzialnego lub ultra-
oletu, który polega na wzbudzeniu cząsteczki C
60
(OH)
n
do stanu trypletowego. Powstała w ten sposób cząsteczka
silnie reaguje z tlenem lub biomolekułami komórkowy-
mi pośrednicząc w reakcjach fotosensybilizacji [90,109].
Dualistyczny charakter działania fulerenoli może pozwo-
lić na zastosowanie tych zwiazków jako czynników o dzia-
łaniu cytotoksycznym wobec komórek nowotworowych
lub ochronnym wobec komórek prawidłowych [79]. Ze
względu na budowę kapsułkową fulerenoli dostrzega się
możliwość ich wykorzystania w diagnostyce medycznej
do przenoszenia związków kontrastujących i radiofarma-
ceutyków oraz w terapii do transportu leków.
Fizykochemiczne WłaściWości Fulerenolu
Właściwości zykochemiczne fulerenu znacząco zmie-
niają się po dołączeniu do jego powierzchni grup hy-
droksylowych. Zależy to również w dużym stopniu od
miejsca przyłączenia tych grup funkcyjnych. W modelu
zaproponowanym przez Guirado-Lópeza i Rincóna [44]
zakładającym przyłączanie 26 cząsteczek OH, istnieją
trzy możliwości ich usytuowania na powierzchni klatki
fulerenu: homogennie na całej powierzchni, w sposób
skumulowany po jednej stronie lub poprzez tworzenie
nieregularnych skupisk na powierzchni klatki. Typ roz-
mieszczenia, czy też stosunek poszczególnych izomerów
determinuje takie właściwości jak różnice w poziomach
energii między orbitalami HOMO i LUMO i wynikające stąd
różnice w widmie absorpcji światła [44]. Badania wyka-
zały, iż cząsteczki fulerenolu mają tendencje do agregacji
w roztworach polarnych i tworzenia tzw. klastrów, mimo
przyłączenie grup hydroksylowych do ich powierzchni
utrudnia kontakt hydrofobowych rdzeni poszczególnych
cząsteczek [4,89,108]. Tworzenie się agregatów zachodzi
dzięki wiązaniom wodorowym pomiędzy grupami hy-
droksylowymi fulerenolu. (ryc. 2)
Tendencja do agregacji ujawnia się już przy zastosowa-
niu relatywnie niskich, mikromolarnych stężeń fulerenolu
[108]. Narastanie objętości i powierzchni agregatów zmie-
nia znacząco właściwości zyczne (kolor, przewodnictwo,
pochłanianie światła), chemiczne (reaktywność, genero-
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
OH
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
O
O
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
H
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Ryc. 1. Budowa przestrzenna fulerenolu C
60
Ryc. 2. Przypuszczalna struktura agregatów fulerenolu w roztworze wodnym
Page 3
862
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: 859-871
wanie RFT) oraz biologiczne (cytotoksyczność, cytosta-
tyczność) roztworu. Można to wytłumaczyć tym, ak-
tywność antyoksydacyjna fulerenolu w wodzie nie wzrasta
liniowo wraz z jego stężeniem, lecz zgodnie z jego tenden-
cją do tworzenia agregatów, których rozmiary zwiększają
się przy rosnącym stężeniu [53]. Uważa się, że agregaty
są wielocząsteczkowymi tworami o średnicy powyżej 100
nm [47], jednak Assemi i wsp. [4] wykazali, posługując się
metodą frakcjonowania przepływowego w polu odśrod-
kowym (Flow Field-Flow Fractionation – FIFFF), iż klastry
fulerenoli w roztworach wodnych strukturami zaledwie
kilkunanometrowej wielkości. Wielkość klastrów nie zale-
ży od pH roztworu, natomiast wzrasta wraz z siłą jonową
roztworu [4]. Większość prac jednak potwierdza rozmiary
tworzących się agregatów rzędu dziesiątek i setek nanome-
trów, wskazując jednocześnie, wielkość i stabilność tych
struktur jest zmienna w zależności od warunków, takich
jak pH, temperatura czy moc jonowa rozpuszczalnika na
tyle, że manipulacja wielkością agregatów staje się wręcz
niemożliwa [13]. Tworzenie agregatów fulerenolu wpły-
wa znacząco na możliwość i bezpieczeństwo zastosowania
tego związku w praktyce. Przyłączenie grup hydroksylo-
wych do powierzchni cząsteczki fulerenu nie zapobiega
generowaniu tlenu singletowego, ale zwiększanie stopnia
agregacji cząsteczek obniża zdolność do jego powstawania
[47]. Agregacja fulerenolu powoduje zaburzenie równowagi
między reakcjami fotochemicznymi typu I i II. Wykazano,
agregaty fulerenolu po naświetleniu światłem widzialnym
w stanie zaburzać i deformowstrukturę cytoszkieletu
komórek glejaka, najprawdopodobniej przez wywoływanie
silnego stresu oksydacyjnego [108]. W badaniach efektu,
jaki wywołuje naświetlanie agregatów fulerenolu w obec-
ności związków organicznych, takich jak etanol, 2-chlo-
rofenol (2CP) oraz kwas salicylowy (SA), zaobserwowano
silne utlenianie i degradację 2-chlorofenolu. Wybór tych
trzech związków nie był przypadkowy, każdy z wybranych
związków cechuje się swoistą wrażliwością w stosunku do
poszczególnych reaktywnych form tlenu (rodnik hydrok-
sylowy utlenia SA; tlen singletowy utlenia 2CP; aniono-
rodnik ponadtlenkowy utlenia etanol). Z badań opisanych
wyżej wynika, oksydacja spowodowana przez agregaty
fulerenolu może zachodzić głównie z udziałem tlenu sin-
gletowego, a proces utleniania zależy od pH i temperatu-
ry. Proponowanym mechanizmem wywoływania stresu
oksydacyjnego przez klastry fulerenolu jest przechodze-
nie poszczególnych jego cząsteczek we wzbudzony stan
tripletowy, a następnie poprzez reakcję z tlenem, genero-
wanie tlenu singletowego [18]. Powyższa reakcja zachodzi
według schematu:
FulOH
hv
1
(FulOH)*
1
(FulOH)* →
3
(FulOH)*
3
(FulOH)* +
3
O
2
→ FulOH +
1
O
2
1
O
2
+ 2PC → produkty degradacji.
Badania na temat wpływu wodnych roztworów fule-
renoli na komórki in vitro wykazały ich dużą cytotok-
syczność, prawdopodobnie spowodowaną przez wywo-
ływanie stresu oksydacyjnego w układzie badawczym
[108]. Jednocześnie istnieje wiele doniesień na temat
antyoksydacyjnych właściwości fulerenolu i jego pro-
tekcyjnego działania w warunkach stresu oksydacyjnego
[15,34,70,96,115]. Udowodniono również, iż fulerenol w
roztworze wodnym może przyjmować postać stabilnego
anionorodnika. Odkrycie to wpływa znacząco na roz-
patrywanie go jako związku bezpiecznego, mogącego
znaleźć zastosowanie w badaniach dotyczących ukła-
dów biologicznych [49]. Anderson i Barron [2] zwrócili
uwagę, cząsteczki fulerenolu należą do wyjątkowo
mało mobilnych, zatem usuwanie ich z układów biolo-
gicznych, takich jak tkanki lub ze środowiska naturalne-
go w przypadku zastosowania ich jako nanomateriałów,
nastręczałoby trudności. Udowodnili oni również, że hy-
droksylowane fulereny swobodnie wchodzą w reakcje z
solami żelaza oraz miedzi, co skutkuje precypitacją pro-
duktów o różnej wielkości oraz reaktywności, zależnie
od substratów reakcji oraz ich stężenia [2]. Dlatego też
określenie właściwości zykochemicznych roztworów
fulerenoli, ze szczególnym uwzględnieniem roztworów
wodnych, wydaje się głównym zadaniem przy rozważa-
niu biomedycznego zastosowania tych związków.
Fulerenol jako zmiatacz Wolnych rodnikóW
Fulereny są przez wielu autorów uznawane za skuteczne
zmiatacze wolnych rodników. Przekonanie to opiera się
na tym, iż fulereny mają dużą liczbę sprzężonych wiązań
podwójnych i nisko położony najniższy niezapełniony or-
bital molekularny LUMO, który z łatwością może przy-
jąć elektron, co czyni fulereny bardzo podatnymi na ata-
ki rodników [68]. Ich zdolność do przyłączania wolnych
rodników jest na tyle duża, że nazwano je „gąbkami rod-
nikowymi (radical sponges) [113]. Jako zmiatacze wolnych
rodników stosuje się najczęściej rozpuszczalne w wodzie
pochodne C
60
, takie jak PEG-C
60
i PVP-C
60
oraz C
60
(OH)
n
[67].
Właściwości antyoksydacyjne fulerenolu C
60
(OH)
24
były
testowane za pomocą elektronowego rezonansu paramag-
netycznego (EPR) przez pomiar zdolności do zmiatania
stabilnego rodnika 1,1-difenylo-2-pikrylohydrazylowego
(DPPH) i rodnika hydroksylowego (
OH) generowanego w
reakcji Fentona. Przy zastosowaniu wysokich stężeń ful-
erenolu (0,71-0,88 mmol/l) zaobserwowano lepszy efekt
zmiatania rodnika hydroksylowego (50-82%) niż rodnika
DPPH (28-50%). Fulerenol może wykazywać właściwości
antyoksydacyjne poprzez oddawanie atomu wodoru grupy
hydroksylowej badanym rodnikom (DPPH i
OH). Zostało
to potwierdzone przez zarejestrowanie widma EPR rod-
nikowej postaci fulerenolu C
60
(OH)
23
O
. Interakcja między
rodnikiem hydroksylowym i fulerenolem opiera się także
na reakcji addycji 2n rodników
OH do pozostałych ole-
nowych wiązań podwójnych węgla, stanowiących rdzeń
fulerenowy w reakcji: C
60
(OH)
24
+ 2n
OH (n = 1-12). Mecha-
nizmy te nie wykluczają się wzajemnie [30].
Praca Chianga i wsp. [22] prezentująca fulerenol jako
skuteczny zmiatacz rodników tlenowych, a dokładnie
anionorodnika ponadtlenkowego (O
2
-
), generowane-
Page 4
863
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
go w układzie ksantyna-oksydaza ksantynowa stała
się obiecującą przesłanką do zbadania fulerenolu jako
zmiatacza O
2
w układzie in vivo. Fulerenol zmniejszał
stres oksydacyjny u psów w czasie transplantacji jelita
cienkiego [70]. W czasie zabiegów transplantacyjnych
dochodzi do powstania stresu oksydacyjnego w wyni-
ku dwóch procesów. Pierwszym z nich jest czasowe
wyłączenie narządów, skutkujące niedokrwieniem, co po-
woduje obniżenie poziomu tlenu dostarczanego do orga-
nizmu (hipoksja). Prowadzi to do spadku stężenia ATP, a w
konsekwencji do gromadzenia nadmiernej ilości metabo-
litów purynowych, głównie hipoksantyny i ksantyny. Dru-
gi proces to reperfuzja, czyli przywrócenie krążenia, co
skutkuje „wybuchem tlenowym”. Podawanie fulerenolu
przyczyniło się do zmniejszenia wysokiego stężenia RFT,
spowodowanego wywoływaniem stanów niedokrwienia
i reperfuzją, co wykazano poprzez pomiar poziomu MDA
oraz zredukowanego glutationu (GSH) [69]. Fulerenol
(C
60
(OH)
x
, x=22-24) chronił także hepatocyty szczurów
przed uszkodzeniami indukowanym czterochlorkiem -
gla (CCl
4
) przez popraich zdolności antyoksydacyj-
nych. C
60
(OH)
x
normalizowpoziom markerów uszko-
dzeń wątroby (ALT, AST) i nerek (BUN, CREA) w surowicy
oraz korzystnie wpływał na stężenie zredukowanego glu-
tationu w wątrobie [115].
Zdolności antyoksydacyjne fulerenolu C
60
(OH)
22
były
porównywane z fulerenem mającym przyłączone dwie
reszty kwasu malonowego – C
60
(C(COOH)
2
)
2
oraz metalo-
fulerenolem z włączonym gadolinem Gd@C
82
(OH)
22
, pod
kątem ich zdolności do ochrony ludzkich komórek płuc
linii A549 i szczurzych komórek mózgu linii rBCECs przed
uszkodzeniami oksydacyjnymi. W badaniach tych zasto-
sowano, podobnie jak wyżej, technikę pułapkowania spi-
nowego, która dostarczyła bezpośrednich dowodów na to,
badane pochodne fulerenu mogą zmiatać powstające
w warunkach zjologicznych rodniki: O
2
•-
,
OH i
1
O
2
oraz
stabilny rodnik DPPH, zapobiegając tym samym peroksy-
dacji lipidów [116].
Przyłączenie do klatki fulerenu np. reszt kwasu malo-
nowego czy grup hydroksylowych powoduje powstanie
obszaru z niedoborem elektronów, co ułatwia wiązanie
wolnych rodników [116]. Dowiedziono także, że Gd@C
82
wykazuje silniejsze działanie antyoksydacyjne niż „pusty”
C
60
. Prawdopodobnie jest to związane z wyższym powi-
nowactwem elektronowym cząsteczek Gd@C
82
(3,14 eV)
w porównaniu do C
60
(2,7 eV).
W ostatnich latach zaobserwowano, że oprócz zmiatania
klasycznych RFT, fulerenol może również bezpośrednio
zmiatać tlenek azotu (NO) [85], syntetyzowany przez ro-
dzinę enzymów syntazy tlenku azotu (NOS). Tlenek azotu
zaangażowany jest w pełnienie ważnych funkcji zjolo-
gicznych, takich jak regulacja napięcia naczyń krwiono-
śnych czy neuromodulacja, lecz w wysokich stężeniach
może działać cytotoksycznie [87]. Wyniki badań uzyskane
przez Mirkova i wsp. [85] sugerują, że C
60
(OH)
24
ma zdol-
ność zmiatania NO in vivo. Fulerenol C
60
(OH)
24
podawa-
ny 30 min przed zadziałaniem NO zapobiegał obniżeniu
aktywności enzymów antyoksydacyjnych w komórkach
śródmiąższowych jąder dorosłych szczurów.
Przegląd literatury z ostatnich lat wskazuje na rosną-
ce zainteresowanie badaczy wysoko hydroksylowanymi
fulerenolami z liczbą grup hydroksylowych powyżej 30,
w aspekcie ich właściwości antyoksydacyjnych. Kato i
wsp. [57] dowodzą, że wysoko hydroksylowany fuleren
C
60
(OH)
32
·8H
2
O chronił komórki przed stresem oksyda-
cyjnym ze strony H
2
O
2
. Fulerenol w teście na odbarwi-
anie β-karotenu wykazał ochronne działanie wobec tego
antyoksydanta błonowego. Autorzy sugerują, że znacz-
na ilość grup OH może ułatwiać tworzenie stabilnej
rodnikowej postaci fulerenolu C
60
-O
. Istnienie takiego
rodnika zostało potwierdzone przez zespół Djordjevica
metodą EPR [30].
Dzięki swoim właściwościom fulerenole mogą znaleźć
zastosowanie w radiobiologii, chemioterapii czy w tera-
pii chorób neurodegeneracyjnych. Zagadnienia te oraz
informacje dotyczące toksyczności fulerenoli w różnych
układach biologicznych zostały przedstawione w kolej-
nych rozdziałach artykułu.
Fulerenol W radiobiologii
Podczas określania poradiacyjnej rozległości zmian w
układach biologicznych w przypadku promieniowania
o niskiej wartości LET, uważa się, że uszkodzenia popro-
mienne spowodowane są głównie pośrednim działaniem
promieniowania. Związane jest to z budową komórki.
Znaczna zawartość wody w żywych komórkach (średnio
komórka zawiera ~70% H
2
O) sprawia, prawdopodobień-
stwo oddziaływania promieniowania na cząsteczki wody
jest znacznie większe niż na inne cząsteczki. Oddziały-
wanie to polega na przekazaniu energii promieniowania
cząsteczkom wody, w wyniku czego następuje ich wzbu-
dzenie i rozpad. Zjawisko to określamy mianem radiolizy
wody [65,66]. W wyniku radiolizy wody powstaje wiele
reaktywnych indywiduów chemicznych, głównie o cha-
rakterze rodnikowym, które mają zdolność reagowania
z cząsteczkami układu modykując ich właściwości. Do
najbardziej reaktywnych utleniaczy należy rodnik hy-
droksylowy. Ma on bardzo wysoki potencjał redoks, dzięki
czemu ma zdolność reagowania właściwie ze wszystkimi
substancjami występującymi w organizmie [62,101].
W badaniach nad wykorzystaniem fulerenów w radio-
ochronie, fulerenole zajmują ważną pozycję, bowiem
obecność wiązań podwójnych (C=C), wysokie powino-
wactwo elektronowe, łatwość przyłączania rodników (wy-
soka stała szybkości reakcji z rodnikiem HO˙), reakcje z
podstawnikami nukleolowymi oraz polarność cząsteczki
sprawiają, fulerenol spełnia wszystkie warunki dobrego
radioprotektora [39]. Radioochronne działanie fulereno-
lu potwierdzają badania prowadzone in vitro na ludzkich
komórkach ostrej białaczki szpikowej linii K562. Komórki
wstępnie inkubowane z C
60
(OH)
24
o stężeniu 10 µM napro-
mieniowano promieniowaniem X w dawce 24 Gy. Stwier-
dzono, że fulerenol wpływał ochronnie na liczbę komórek,
Page 5
864
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: 859-871
morfologię, a także zdolność tworzenia kolonii [50] oraz
przyczyniał się do zahamowania radiacyjnej inaktywacji
enzymów, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa oraz pe-
roksydaza glutationowa [10].
Kolejnym krokiem było wykazanie radioochronego dzia-
łania fulerenolu w układach in vivo. Myszom poddanym
działaniu promieniowania X w dawce 6-8 Gy, podano 30
min przed napromieniowaniem fulerenol w stężeniach:
10 mg/kg i 100 mg/kg. W stężeniu 100 mg/kg fulerenol
wykazywał ochronne działanie na wysokie dawki promie-
niowania w porównaniu do grupy kontrolnej. Fulerenol
podany w stężeniu 10 mg/kg nie wykazywał znaczącego
efektu ochronnego [104].
Radioochronne działanie fulerenolu wykazano także na
szczurach szczepu Wistar [105]. Działanie to było porówny-
wane z efektem uzyskanym po podaniu amifostyny, związku
cytoprotekcyjnego podawanego pacjentom podczas radio-
terapii. Amifostyna (WR 2721) jest organicznym tiofosfora-
nem, który ulega uaktywnieniu przez defosforylację, w wy-
niku której powstaje wolny aktywny tiol (WR 1065). Proces
defosforylacji katalizowany jest przez fosfatazę alkaliczną,
której stężenie w tkankach prawidłowych jest znacznie wyż-
sze niż w tkance zmienionej nowotworowo [12,26,80,102].
Zarówno amifostyna jak i fulerenol wydłużały czas życia
szczurów powyżej 30 dni po napromieniowaniu dawką le-
talną 8 Gy. Ponadto fulerenol w dawce 100-300 mg/kg był
bardziej skuteczny w ochronie białych krwinek niż amifo-
styna w pierwszym i drugim tygodniu od napromieniowa-
nia. Dodatkowo wykazano, że działanie radioprotekcyjne
powyższych związków było selektywne, bowiem fulerenol
efektywniej chronił śledzionę, jelito cienkie i płuca, pod-
czas gdy amifostyna była skuteczniejsza w ochronie serca,
wątroby i nerek [105]. Powyższe dane uzyskane pozostają w
zgodzie z wynikami, które otrzymali Cai i wsp. [15]. Fulerenol
podawano myszom codziennie przez 2 tygodnie w dawce
40 mg/kg. Następnie naświetlano zwierzęta dawką letalną
promieniowania γ równą 8 Gy i określano przeżywalność po
30 dniach od napromieniowania. Analizowano zaburzenia
czynności mitochondriów, uszkodzenia oksydacyjne, takie
jak: poziom MDA, GSH, aktywność SOD, liczbę grup karbo-
nylowych w komórkach wątroby. Przeżywalność w grupie
zwierząt poddanych działaniu fulerenolu przed napromie-
niowaniem wynosiła 73%, podczas gdy w grupie kontrolnej,
której nie podano fulerenolu, wynosiła 0%. Fulerenol chronił
dysmutazę ponadtlenkową (SOD) i zapobiegał utlenianiu glu-
tationu (GSH) oraz zmniejszał peroksydację lipidów w wą-
trobie. Było to najprawdopodobniej związane ze zdolnością
C
60
(OH)
24
do zmiatania RFT i rodników lipidowych. Fulerenol
chronił przed utlenieniem białka mitochondrialne, wpływał
na zachowanie potencjału błonowego mitochondriów oraz
hamowindukcję apoptozy przez promieniowanie jonizują-
ce. W świetle powyższych wyników należy jednak zaznaczyć,
ochronny charakter fulerenolu może być uwarunkowany
stężeniem, jaki działa na badany układ. Zhao i wsp. [121] sto-
sując stężenie 0,25 mg/ml zaobserwowali radiouczulające
działanie fulerenolu C
60
(OH)
n
, n=18-22 przejawiające się ob-
niżeniem aktywności dysmutazy ponadtlenkowej, katalazy
oraz zwiększeniem poziomu peroksydacji lipidów u pierwot-
niaków Stylonychia mytilus. Fulerenol w stężeniach poniżej
0,06-0,1mg/ml wykazywał działanie radioochronne przed
promieniowaniem gamma z
60
Co aż do dawki 1500 Gy. Opi-
sane zjawisko „efektu stężeniowego” fulerenolu może mieć
decydujące znaczenie przy projektowaniu układu doświad-
czalnego, w którym w zależności od zastosowanej dawki,
może dominować efekt radiouczulający lub radioochronny.
Fulerenol a chemioterapia
Chemioterapia jest, oprócz radioterapii, podstawometo-
leczenia chorób nowotworowych. Stosowana jest także
pomocniczo po operacyjnym usunięciu guza i w radiotera-
pii. Jednym z najczęściej stosowanych leków w terapii prze-
ciwnowotworowej są antybiotyki antracyklinowe. Działa-
nie antracyklin na komórki nowotworowe opiera się na
modykacji struktury DNA poprzez kompleksy interkala-
cyjne i wiązania kowalencyjne, ale także na wprowadzaniu
NADPH
NADP
O
2
O
2
-*
H
2
O
2
HO
*
ROS
O
O
-
OH
R
5
O
OH
R
1
O
R
3
R
4
H
R
2
CH
3
OH
Fe
2+
OH
OH
OH
R
5
O
O
O
R
3
R
4
H
R
2
CH
3
O
R
1
D C B A
D C B A
Ryc. 3. Cykl redoks antybiotyków z grupy antracyklinowych (na podstawie [78], zmodykowano)
Page 6
865
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
Nowe spojrzenie na potencjalne możliwości leczenia raka
z użyciem fulerenolu opiera się na jego wykorzystaniu
jako nośnika do transportu doksorubicyny. Chaudhuri i
wsp. [19] uzyskali koniugat fulerenolu z doksorubicyną
(Ful-DOX). Koniugat Ful-DOX uznany został za stosunko-
wo stabilny w roztworze PBS, lecz po inkubacji z lizatem
komórek czerniaka zaobserwowano uwalnianie się dokso-
rubicyny z koniugatu. Koniugat Ful-DOX tłumił prolifera-
cję komórek nowotworowych in vitro poprzez blokowanie
cyklu komórkowego w fazie G2-M, kierując komórki na
drogę apoptozy. Ponadto, w badaniach in vivo na modelu
mysim koniugat Ful-DOX wykazywskuteczność prze-
ciwnowotworową podobną do tej, jaką wywoływała wolna
doksorubicyna, lecz bez toksyczności układowej.
Duża liczba grup hydroksylowych na powierzchni fulere-
nolu umożliwia nie tylko przyłączenie różnych związków,
m.in. cząsteczek leku, ale także tworzenia wielu wiązań
wodorowych z różnymi komponentami systemów biolo-
gicznych np. z domenami białkowymi błony plazmatycz-
nej lub hydrolowymi głowami lipidowymi [41].
Fulerenol może adsorbować się do białek cytoszkieletu w
erytrocytach [40]. Zdolność ta może zostać wykorzystana
do transportu leków z wykorzystaniem erytrocytów i fu-
lerenolu. Wydłużanie czasu przebywania substancji (leku)
w krwiobiegu jest możliwe poprzez przyłączenie jej do
obszarów powierzchniowych białek błon erytrocytów, ta-
kich jak białko pasma 3 czy glikoferyna. Metoda ta została
opisana przez Krantza [64] i zakłada istnienie tzw. „ko-
twic”, tj. substancji zawierających na swojej powierzchni
grupy funkcyjne wykazujące silne powinowactwo do któ-
regoś z białek cytoszkieletu erytrocytów. Fulerenol mając
na powierzchni polarne grupy –OH może pełnić funkcję
„kotwicy” między lekiem a erytrocytem [40].
neuroprotekcyjne WłaściWości Fulerenolu
Tkanka mózgowa charakteryzuje się nasilonym utlenia-
niem biologicznym, czemu towarzyszy powstawanie pro-
duktów utleniania oraz względnie mała wydajność me-
chanizmów antyoksydacyjnych i naprawczych [5,95,117].
Komórki nerwowe z dużą zawartością lipidów, przewagą
metabolizmu tlenowego (zużywającego 20% tlenu pobrane-
go przez organizm) oraz niewielką aktywnością enzymów
eliminujących RFT, stanowią główny cel dla prooksyda-
cyjnych reakcji wolnorodnikowych [9]. Stres oksydacyj-
ny może pośredniczyć w ekscytotoksycznym uszkodze-
niu neuronów, będącym konsekwencją m.in. nadmiernej
stymulacji receptorów glutaminergicznych [33], ale tak-
że może prowadzić do apoptotycznej śmierci neuronów
[42]. Poza naturalnym udziałem w procesie neurogenezy,
apoptoza może się przyczyniać również do patologicznej
utraty neuronów w stanach chorobowych, takich jak nie-
dokrwienie mózgu, choroba Huntingtona czy choroba Al-
zheimera [17,31].
Niektóre komórki nerwowe, a zwłaszcza astrocyty i oligo-
dendrocyty, takich struktur mózgowia jak jądra podstawy
czy formacja hipokampa, wykazują zdolność do akumula-
zmian w strukturze zasad azotowych. To ostatnie polega na
oksydacyjnym modykowaniu zasad i jest wynikiem dzia-
łania reaktywnych form tlenu powstających w reakcjach
redoks z udziałem antracyklin. Cykl redoks antybiotyków
z grupy antracyklinowych przedstawia ryc. 3 [8,84,100].
Leczenie z użyciem antracyklin mimo skutecznego dzia-
łania przeciwnowotworowego nie pozostaje obojętne
dla organizmu. Terapia antracyklinami indukuje ogól-
noustrojowy stres oksydacyjny, który zakłóca efektyw-
ność leczenia, wywołując wiele skutków niepożądanych,
m.in.obciążenie mięśnia sercowego. Spowodowane jest
to tym, iż tkanka mięśniowa serca wykazuje małą aktyw-
ność enzymów antyoksydacyjnych, co z kolei prowadzi
do zwiększonej wrażliwości mięśnia sercowego na stres
oksydacyjny [81]. Kardioprotekcyjne działanie fulere-
nolu C
60
(OH)
24
zostało wykazane w warunkach in vivo
na szczurach szczepu Wistar [51,103]. Pomiary odruchu
bradykardii w zapisie EKG wykazały poprawę pracy serca
zwierząt traktowanych fulerenolem wraz z doksorubi-
cyną. W grupie zwierząt leczonych DOX wzorzec zapisu
EKG był istotnie dłuższy niż w grupie kontrolnej oraz w
grupie traktowanej połączeniem fulerenolu i DOX (w
dawkach 30 mg/kg i 100 mg/kg). Zanotowano również
poprawę w poziomie enzymatycznych markerów stanu
zapalnego, takich jak LDH, ALAT, ASPAT, CK i alfa-HBDH
w grupach traktowanych DOX i fulerenolem. Co cieka-
we, sam fulerenol nie wpływał na wartości badanych
parametrów. Badanie histopatologiczne serca szczurów
również potwierdziło pozytywny wpływ fulerenolu po-
danego łącznie z antracykliną [103]. Badacze tłumaczą
korzystne właściwości fulerenolu na gruncie rodniko-
wego mechanizmu działania DOX. Fulerenol prawdopo-
dobnie wpływał ochronnie na komórki przez zmiatanie
RFT i/lub usuwanie wolnego żelaza w postaci kompleksu
fulerenol-żelazo. Antyoksydacyjne właściwości fulere-
nolu w połączeniu z doksorubicyną potwierdzono rów-
nież w badaniach tkanek jąder oraz nerek u szczurów.
W 2010 r. Srdjenovic i wsp. [99] badając wpływ fulere-
nolu na powyższe narządy stwierdzili zmniejszony po-
ziom markerów stresu oksydacyjnego, takich jak TBARS,
czy utlenianie GSH. Fulerenol chronił enzymy systemu
antyoksydacyjnego: SOD, CAT, GSH-Px, GST oraz GT u
zwierząt leczonych doksorubicyną i fulerenolem. Innym
przykładem korzystnego współdziałania fulerenolu i
doksorubicyny jest zastosowanie obu związków wobec
komórek raka sutka. Badania prowadzono na liniach
komórkowych nowotworu piersi MCF-7 i MDA-MB-231,
w których stwierdzono zmniejszenie tempa proliferacji
komórek nowotworowych traktowanych fulerenolem.
Zaobserwowano również zmniejszoną cytotoksyczność
doksorubicyny, a także innych leków przeciwnowo-
tworowych, takich jak cisplatyna, taxol, tiazofuran w
obecności fulerenolu. Fulerenol nie wykazywał geno-
toksyczności wobec badanych linii komórkowych [60].
Korzystny wpływ fulerenolu został potwierdzony rów-
nież w badaniach aktywności enzymów antyoksydacyj-
nych erytrocytów szczura po podaniu pojedynczej dawki
doksorubicyny [83] oraz na hepatocytach szczurów z
rakiem jelita grubego [51] i z rakiem sutka [52].
Page 7
866
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: 859-871
cji jonów żelaza w postaci związków wysokocząsteczko-
wych, stąd ich podatność na stres oksydacyjny [32]. Tok-
syczność jonów żelaza jest spowodowana ich zdolnością
do reinicjowania procesu peroksydacji lipidów. Proces
ten polega na ponownym rozkładzie nadtlenków lipidów,
czyli nierodnikowych produktów peroksydacji, który pro-
wadzi do powstania produktów wolnorodnikowych [6,45].
Podwyższone stężenie jonów żelaza zaobserwowano w
istocie czarnej u pacjentów dotkniętych chorobą Parkin-
sona [36], podczas gdy u chorych cierpiących na chorobę
Alzheimera ponadto odnotowano podwyższone zawar-
tości jonów miedzi i cynku w chorobowo zmienionych
obszarach mózgu [1,110].
Ze względu na dotychczasowy brak efektywnych metod
leczenia chorób o podłożu neurodegeneracyjnym wciąż
poszukuje się alternatywnych związków chemicznych
mających przeciwdziałać negatywnym skutkom stresu
oksydacyjnego w mózgu. Do związków tych zaliczyć na-
leży fulerenole, które obecnie obiektem badań jako
czynniki antyoksydacyjne i zabezpieczające przed formo-
waniem się blaszek amyloidowych w chorobie Alzheimera
[48,58,73,91,92], czy w przebiegu innych chorób o podłożu
neurodegeneracyjnym, których przyczyny mogą tkwić
w zachwianiu równowagi oksydacyjnej komórki. Huang
i wsp. [48] wykazali, że fulerenol widocznie redukował
wpływ β-amyloidu na zwiększenie dokomórkowego prądu
wapniowego, zapobiegając tym samym zaburzeniu funk-
cjonowania szlaku sygnałowego w komórce.
Fulereny mają zdolność do gromadzenia się w mitochon-
driach [24,38], a ich pochodne rozpuszczalne w wodzie,
takie jak fulerenol i pochodne kwasu malonowego (kar-
boksypochodne) zmiatają RFT bardziej wydajnie od kon-
wencjonalnych antyoksydantów. Dlatego też hydrolowe
pochodne fulerenów obiecującymi kandydatami na
czynniki protekcyjne i antyoksydacyjne. Potwierdzają to
badania z 2000 r., w których wykazano że fulerenole wpły-
wają neuroprotekcyjnie na neurony w hodowlach in vitro
poprzez blokowanie receptorów glutaminergicznych oraz
obniżenie stężenia wewnątrzkomórkowego wapnia [55].
Podobne wyniki uzyskał Dugan i wsp. [34], którzy w bada-
niach elektrozjologicznych dowiedli, że dwie pochodne
fulerenu: C
60
(OH)
12
i C
60
(OH)
18-20
O
3-7
wykazywały doskona-
łe właściwości przeciwutleniające potwierdzone metodą
elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Pochodne
te obniżały wywołaną ekscytotoksycznie śmierć neuro-
nów pochodzących z kory nowej myszy nawet o 80% oraz
działały antyapoptotycznie.
Ciekawym jest również to, iż karboksylowa pochodna C
60
skutecznie chroniła neurony dopaminergiczne przed ne-
gatywnymi skutkami stresu oksydacyjnego, wywołanego
neurotoksynami [75]. Upośledzenie neuroprzekaźnictwa
dopaminergicznego ma zasadnicze znaczenie w patoge-
nezie choroby Parkinsona [28]. Za jedną z przyczyn śmier-
ci neuronów istoty czarnej w przebiegu tej choroby uwa-
ża się utlenianie dopaminy (DA). Może to się zdarzyć w
wyniku reakcji enzymatycznego utleniania DA z udziałem
monoaminooksydazy typu B (MAO
B
), jak i samoutleniania
DA, które prowadzi do powstawania nadtlenku wodoru
(H
2
O
2
). Nadtlenek wodoru w obecności jonów Fe
2+
gene-
ruje silnie toksyczny rodnik
OH za pośrednictwem reakcji
Fentona. Zanik komórek dopaminergicznych w przebie-
gu choroby Parkinsona dotyczy wyłącznie komórek za-
wierających neuromelaninę, która ma zdolność wiązania
jonów żelaza [7,23,27]. Fulerenol okazał się efektywnym
neuroprotektorem w komórkowym modelu choroby Par-
kinsona. Cai i wsp. [16] indukowali stres oksydacyjny w
ludzkich komórkach neuroblastomy z udziałem MTPT.
MTPT w astrocytach jest utleniany do MPP
+
przez glejo-
wą oksydazę monoaminową. Następnie MPP
+
dostaje się
do neuronów dopaminergicznych za pomocą swoistych
transporterów hamując oddychanie mitochondrialne,
co obniża poziom ATP oraz powoduje wytwarzanie rod-
ników ponadtlenkowych. Oba te procesy prowadzą do
śmierci komórki nerwowej. Autorzy wykazali, fulere-
nol C
60
(OH)
24
skutecznie zmiatał wolne rodniki sugerując,
iż może on stanowić potencjalny czynnik zapobiegający
dysfunkcjom mitochondrialnym wywołanym przez dzia-
łanie MPP
+
.
Rozważania na temat funkcjonowania poszczególnych
struktur ośrodkowego układu nerwowego w znacznej
mierze opierają się na analizie wzorca ich aktywności
elektroencefalogracznej (EEG). Wpływ fulerenolu na ak-
tywność komórkową ośrodkowego układu nerwowego
badany był na skrawkach formacji hipokampa szczura
poddanych działaniu nadtlenku wodoru oraz nadtlenku
kumenu [106]. W badaniach tych wykazano, polihy-
droksylowany fuleren zapobiegał redukcji amplitudy wy-
ładowkomórkowych spowodowanych przez nadtlenek
kumenu i nadtlenek wodoru.
Oprócz właściwości antyoksydacyjnych fulerenoli, wy-
kazano także łagodzący wpływ tych związków na hamo-
wanie aktywności acetylocholinoesterazy in vitro przez
związki o charakterze toksycznym [35] oraz ich ochronny
wpływ na receptory typu NMDA, AMPA, GABA
A
i KA w wa-
runkach podwyższonego stresu oksydacyjnego [33,34,55].
Najnowsze badania Zha i wsp. [118] sugerują, że fulere-
nol może chronić neurony formacji hipokampa przed
uszkodzeniami, ale także indukować śmierć komórko
w określonych dawkach, co świadczy o istnieniu efektu
stężeniowego.
Mimo przekonujących dowodów na temat neuroprotek-
cyjnych właściwości rozpuszczalnych w wodzie pochod-
nych fulerenów wciąż dysponujemy zbyt małą wiedzą na
temat mechanizmu działania tych cząsteczek oraz ewen-
tualnych działań niepożądanych. Stąd istnieje koniecz-
ność dalszych badań nad fulerenolami zanim stanie się
możliwe ich terapeutyczne zastosowanie jako czynników
neuroochronnych.
Fulerenol W metodach diagnostyki obrazoWej
Potencjalne możliwości wykorzystania fulenoli nie ogra-
niczają się do zmniejszania niekorzystnych skutków dzia-
łania RFT. Dzięki kapsułkowej budowie fulerenów, do-
Page 8
867
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
strzega się ich możliwe zastosowanie jako nośników leków
oraz radiofarmaceutyków. Ze względu na ich dobrą trwa-
łość kinetyczną oraz odporność na procesy metaboliczne
mogą stanowić alternatywę dla związków chelatujących.
Główną wadą obecnych leków zawierających chelatowane
radioizotopy jest ich wyraźna kinetyczna niestabilność
w warunkach in vivo, co może prowadzić do uwolnienia
małych ilości toksycznych radiomateriałów [11,88,111].
Do badań z zastosowaniem techniki rezonansu magne-
tycznego (MR) stosuje się substancje, które po dożylnym
podaniu gromadzą się w tkankach objętych procesem
chorobowym i wzmacniają lub obniżają pochodzący z tych
miejsc sygnał rezonansowy. Na podstawie właściwości
magnetycznych stosowanych środków kontrastujących
dzieli się je na pozytywne i negatywne. Podstawowym
składnikiem powszechnie stosowanych środków kontra-
stujących pozytywnych jest gadolin [3,37,120]. Gadolin w
czystej postaci jest jednak silną trucizną, dlatego zapro-
ponowano zamknięcie Gd we wnętrzu klatki węglowej
fulerenu C
82
lub C
60
w celu ekranowania toksyczności tego
pierwiastka. Uzyskane endohedralne pochodne fulerenu
miały postać Gd@C
82
oraz Gd@C
60
[71,82]. Gadolin należy
do grupy lantanowców, ich największą wydajność enkap-
sulacji uzyskano stosując fuleren C
82
. Pochodną meta-
lofulerenu Gd@C
82
poddano hydroksylacji, aby uzyskać
rozpuszczalny w wodzie metalofulerenol o wzorze Gd@
C
82
(OH)
40
[82]. Otrzymana pochodna Gd@C
82
(OH)
40
oka-
zała się atrakcyjnym czynnikiem kontrastującym w MR
nie tylko ze względu na ograniczenie toksyczności gadoli-
nu, ale również zwiększenie mocy sygnału. Gd@C
82
(OH)
40
wykazywał wielokrotnie wyższy sygnał niż stosowany
powszechnie w medycynie chelat Gd-DTPA o komercyj-
nej nazwie Magnevist® [82]. Fatouros i wsp. [37] uzyskali
podobne rezultaty prowadząc badania na rozpuszczalnym
w wodzie metalofulerenie Gd
3
N@C
80
[DiPEG5000(OH)
x
]
sfunkcjonalizowanym poli(glikolem etylenowym), a na-
stępnie hydroksylowanym. Wykazali oni, że uzyskana po-
chodna ma znaczne możliwości jako środek kontrastujący
w technice MR zwiększając około 40 razy intensywność
sygnału w porównaniu do konwencjonalnej chelatowa-
nej postaci gadolinu wykorzystywanej w technice MR.
Paramagnetyczne metalofulerenole nie jedynym obiek-
tem badań nad wykorzystaniem fulerenoli w diagnosty-
ce klinicznej. Pierwiastki promieniotwórcze zamknięte
w środku fulerenolu, takie jak ciężkie radioizotopy hol-
mu
166
Ho [46] ulegają rozpadowi promieniotwórczemu,
w którym następuje emisja cząstek β
stosowanych w
terapii i emisja kwantów promieniowania γ wykorzysty-
wanych w diagnostyce. Do enkapsulacji izotopu holmu
użyto fulerenu C
82
podobnie jak w przypadku jonów ga-
dolinu. Gadolin i holm należą do lantanowców. Dla tej
grupy pierwiastków wykazano, jon lantanowca M
3+
,
który jest znacznie mniejszy niż wnętrze fulerenu C
82
jest
ulokowany centrycznie [43,56]. Badania biodostępności
radioaktywnego metalofulerenolu
166
Ho
x
@C
82
(OH)
y
po-
twierdziły możliwość wykorzystania tych cząsteczek jako
radioznaczników w badaniach in vivo. Ponadto jego czas
utrzymywania się we krwi wynosił ponad jedną godzinę.
Głównym miejscem akumulacji związku były: wątroba,
śledziona, kości i nerki [14]. Duża stabilność kinetyczna
i brak ostrej toksyczności in vivo sprawiają, że pochodna
metalofulerenolu
166
Ho
x
@C
82
(OH)
y
wydaje się interesują-
cym związkiem w świetle przyszłych badań.
Znakowanie fulerenolu izotopem promieniotwórczym
nie musi polegać jedynie na enkapsulacji pierwiastka.
Qingnuan i wsp. [93] utworzyli związek kompleksowy po-
między fulerenolem a izotopem technetu
99
Tc o wzorze
99m
Tc-C
60
(OH)
x
(O)
y
. Technet emituje kwanty promienio-
wania γ, które można rejestrowi wykorzystać w dia-
gnostyce SPECT, tj. tomograi emisyjnej pojedynczych
fotonów. Badania na królikach wykazały, że kompleks
99m
Tc-C
60
(OH)
x
(O)
y
w głównej mierze gromadzi się w
-
trobie, nerkach, śledzionie i kościach [94], podobnie jak w
przypadku związków typu
166
Ho
x
@C
82
(OH)
x
[14]. Podobny
kompleks o wzorze
99m
Tc(CO)
3
(H
2
O)
3
]-C
60
(OH)
22-24
uzyskał
zespół Djordjevića [29,77], w tych badaniach proces bio-
dystrybucji monitorowany był u psów z wykorzystaniem
dynamicznej i statycznej scyntygrai. Analiza potwierdzi-
ła szybką akumulację fulerenolu w wątrobie.
Luo i wsp. [76] uzyskali karboksylowaną i hydroksylowa-
pochodną fulerenu
124
I-f-Gd
3
N@C
80
, mającą zarówno
właściwości paramagnetyczne pochodzące od gadolinu,
jak i emitującą pozytony β
+
tworzone z rozpadu jodu 124,
które mogą być rejestrowane z udziałem pozytronowej
tomograi emisyjnej (PET). Należy bowiem zaznaczyć,
że w przypadkach gdzie stosowanie pojedynczych metod
diagnostycznych budzi wątpliwość postawienia trafnej
diagnozy, metody łączone dostarczają pełniejszej infor-
macji [54]. Do najczęściej stosowanych metod podwójnych
zaliczamy SPECT/CT, SPECT/MR i PET/MR, z których ta
ostatnia zasługuje na szczególną uwagę, ze względu na
możliwość stosowania niższych dawek promieniowania
jonizującego [25,107].
Na uwagę zasługuje to, hydrolowe pochodne fule-
renów mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w łą-
czonych technikach diagnostycznych, na co wskazują
badania z użyciem pochodnej karboksylowanej i hydrok-
sylowanej
124
I-f-Gd
3
N@C
80
, która była sprawdzana w wa-
runkach in vivo na szczurach z guzem mózgu i okazała się
skuteczna w diagnostyce zarówno z wykorzystaniem MR
jak i microPET [76].
Przegląd powyższej literatury wskazuje na szeroki za-
kres możliwości zastosowania pochodnych fulerenów w
diagnostyce obrazowej, co budzi nadzieje na znalezienie
nowego ulepszonego czynnika kontrastującego.
Fulerenole a środoWisko naturalne
Zainteresowanie hydroksylowaną pochodną fulerenu nie
słabnie, a wręcz przeciwnie z każdym rokiem pojawia-
się nowe doniesienia na temat wpływu fulerenolu na
różne układy badawcze. Na ryc. 4 przedstawiono dane na
podstawie bazy SCOPUS dotyczące rocznej ilości wydawa-
nych prac na temat fulerenolu, jak i skumulowaną liczbę
Page 9
868
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: 859-871
publikacji, gdzie fullerenol i fullerol to słowa referencyj-
ne. Olbrzymi postęp w dziedzinie nanotechnologii nie
tylko rozbudza wyobraźnię naukowców w świecie nauk
biomedycznych, ale stawia także pytanie o szkodliwość
fulerenoli i innych nanocząstek, zwłaszcza że pojawia się
coraz więcej doniesień literaturowych na temat toksycz-
nego wpływu nanomateriałów na środowisko [59]. Ro-
snące wykorzystanie materiałów fulerenowych zwiększa
prawdopodobieństwo przypadkowego uwolnienia tych
związków do środowiska. Produkcja fulerenów i nanoru-
rek węglowych sięga obecnie kilkudziesięciu ton rocznie.
Prowadzono badania na temat bioakumulacji fulerenu C
60
znakowanego izotopowo węglem
14
C. Umieszczony w gle-
bie radioaktywny
14
C
60
został wykryty w ciele dżdżownicy,
co jest bezpośrednim dowodem na możliwość akumulacji
nanomateriałów fulerenowych w żywych tkankach [74].
Badania nad fulerenem C
60
mają ścisły związek z hydrok-
sylowaną pochodną C
60
fulerenolem, zwłaszcza że zda-
niem naukowców chemiczna transformacja C
60
do C
60
(OH)
x
zachodzi poprzez utlenienie związane z działaniem czyn-
ników zarówno abiotycznych jak i biotycznych. Pierwszą
pracę podejmującą problem biodegradacji fulerenolu z wy-
korzystaniem dwóch gatunków grzybów: Trametes versico-
lor i Phlebia tremellosa przedstawili Schreiner i wsp. w 2009
[97]. Wykazali oni, fulerenol może ulegać akumulacji
w lipidach grzybów, co więcej może być przekształcany z
udziałem grzybów do dwutlenku węgla. Wyniki tych ba-
dań dostarczają cennych informacji o „losach” fulerenoli
w środowisku. Należy tu przytoczyć, także wyniki badań
Andersona i Barrona [2], którzy wykazali, iż cząsteczki fu-
lerenolu należą do wyjątkowo mało mobilnych oraz tworzą
kompleksy z solami żelaza i miedzi, co skutkuje precypi-
tacją produktów o różnej wielkości, a to w znaczny spo-
sób może utrudniać usuwanie fulerenoli ze środowiska
naturalnego. Kolejnym problemem może być rozkład tak
skompleksowanych jonów metali. Skompleksowane przez
fulerenol sole miedzi i żelaza, w wyniku działania czynni-
ków biotycznych i/lub abiotycznych w środowisku, mogą
zostać uwolnione z kompleksu i w konsekwencji inicjow
reakcję Fentona. Lecoanet i wsp. [72] przeprowadzili bada-
nia nad mobilnością różnych nanozwiązków w materiałach
porowatych. Badania miały na celu dostarczenie informacji
na temat możliwości przenikania wybranych nanomate-
riałów do wód gruntowych. Uzyskane wyniki świadczą, iż
fulerenol wykazywał najwyższą mobilność w materiałach
porowatych, a zatem istnieje możliwość przenikania fule-
renolu do wód gruntowych poprzez warstwę gleby.
Nie można pominąć prac informujących o oddziaływaniu
fulerenolu na organizmy wodne. W pracy z 2012 r. Socoow-
ski-Britto i wsp. [98] opisują niekorzystny wpływ fulerenolu
na skrzela ryb z rodziny karpiowatych (Cyprinus carpio) eks-
ponowanych na działanie promieniowania UV. Fulerenol u
ryb wywoływzwiększenie ogólnego stresu oksydacyjnego.
Problem związany z bioakumulacją i biodegradacją nano-
związków, takich jak fulereny i ich pochodne jest istotny
z punktu widzenia toksykologii środowiska, jednak wciąż
dysponujemy zbyt małą wiedzą na temat późnych skut-
ków działania tych związków na ekosystemy naturalne.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Liczbapublikacji
Lata
narok
skumulowany
Ryc. 4. Liczba publikacji dotyczących hydroksylowanej pochodnej fulerenu
ukazujących się w roku (diagram niebieski) oraz skumulowana liczba
publikacji (diagram czerwony)
[1] Amadoruge P.C., Barnham K.J.: Alzheimer’s disease and metals: a
review of the involvement of cellular membrane receptors in metal-
losignalling. Int. J. Alzheimers Dis., 2011; 542043
[2] Anderson R., Barron A.R.: Reaction of hydroxyfullerene with
metal salts: a route to remediation and immobilization. J. Am. Chem.
Soc., 2005; 127: 10458-10459
[3] Anderson S.A., Lee K.K., Frank J.A.: Gadolinium-fullerenol as a
paramagnetic contrast agent for cellular imaging. Invest Radiol.,
2006; 41: 332-328
[4] Assemi S., Tadjiki S., Donose B.C., Nguyen A.V., Miller J.D.: Ag-
gregation of fullerol C
60
(OH)
24
nanoparticles as revealed using ow
eld-ow fractionation and atomic force microscopy. Langmuir,
2010; 26: 16063-16070
[5] Balu M., Sangeetha P., Haripriya D., Panneerselvam C.: Rejuvena-
tion of antioxidant system in central nervous system of aged rats by
grape seed extract. Neurosci Lett., 2005; 383: 295-300
[6] Bartosz G.: Druga twarz tlenu. Wydawnictwo Naukowe PWN,
2003;. Warszawa
[7] Ben-Shachar D., Riederer P., Youdim M.B.: Iron-melanin interac-
tion and lipid peroxidation: implications for Parkinson’s disease. J
Neurochem., 1991; 57: 1609-1614
[8] Beretta G.L., Zunino F.: Molecular mechanisms of anthracycline
activity. Top. Curr. Chem., 2008; 283: 1-19
[9] Bernat R.: Wskaźniki stresu oksydacyjnego mózgu po dokomoro-
wej infuzji endotoksyny – efekt wpływu adrenergicznego. Now Lek.,
2000; 69: 58-70
[10] Bogdanović V., Stankov K., Icević I., Zikic D., Nikolić A., Solajić S.,
Djordjević A., Bogdanović G.: Fullerenol C
60
(OH)
24
eects on antioxida-
tive enzymes activity in irradiated human erythroleukemia cell line.
J Radiat Res., 2008; 49: 321-327
[11] Bosi S., Da Ros T., Spalluto G., Prato M.: Fullerene derivatives: an attrac-
tive tool for biological applications. Eur. J. Med. Chem., 2003; 38: 913-923
piśmiennictWo
Page 10
869
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
[12] Bourgier C., Levy A., Vozenin M.C., Deutsch E.: Pharmaco-
logical strategies to spare normal tissues from radiation damage:
useless or overlooked therapeutics ? Cancer Metastasis Rev., 2012;
31: 699-712
[13] Brant J.A., Labille J., Robichaud C.O., Wiesner M.: Fullerol cluster
formation in aqueous solutions: implications for environmental re-
lease. J. Colloid Interface Sci., 2007; 314: 281-288
[14] Cagle D.W., Kennel S.J., Mirzadeh S., Alford J.M., Wilson L.J.: In vivo
studies of fullerene-based materials using endohedral metallofullerene
radiotracers. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1999; 96: 5182-5187
[15] Cai X., Hao J., Zhang X., Yu B., Ren J., Luo C., Li Q., Huang Q., Shi
X., Li W., Liu J.: The polyhydroxylated fullerene derivative C
60
(OH)
24
protects
mice from ionizing-radiation-induced immune and mitochon-
drial dysfunction. Toxicol. Appl. Pharmacol., 2010; 243: 27-34
[16] Cai X., Jia H., Liu Z., Hou B., Luo C., Feng Z., Li W., Liu J.: Polyhydro-
xylated fullerene derivative C
60
(OH)
24
prevents mitochondrial dys-
function and oxidative damage in an MPP(+) – induced cellular model
of Parkinson’s disease. J Neurosci Res., 2008; 86: 3622-3634
[17] Calissano P., Matrone C., Amadoro G.: Apoptosis and in vitro Al-
zheimer disease neuronal models. Commun. Integr. Biol., 2009; 2: 163-169
[18] Chae S.R., Hotze E.M., Wiesner M.R.: Evaluation of the oxidation
of organic compounds by aqueous suspensions of photosensitized
hydroxylated-C60 fullerene aggregates. Environ. Sci. Technol., 2009;
43: 6208-6213
[19] Chaudhuri P., Paraskar A., Soni S., Mashelkar R.A., Sengupta S.:
Fullerenol-cytotoxic conjugates for cancer chemotherapy. ACS Nano.,
2009; 3: 2505-2514
[20] Chen Z,Ma K, Wang G, Zhao X, Tang A.: Structures and stabili-
ties of C
60
(OH)
4
and C
60
(OH)
6
fullerenols. J. Mol. Struct. (Theochem),
2000; 498: 227-232
[21] Chiang L.Y., Bhonsle J.B., Wang L., Shu S.F., Chang T.M., Hwu J.R.:
Ecient one-ask synthesis of water-soluble [60]fullerenols. Tetrahe-
dron, 1996; 52: 4963-4972
[22] Chiang L.Y., Lu F.J., Lin J.T.: Free radical scavenging activity of water-
soluble fullerenols. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995; 12: 1283-1284
[23] Chinta S.J., Andersen J.K.: Redox imbalance in Parkinson’s disease.
Biochim. Biophys. Acta., 2008; 1780: 1362-1367
[24] Chirico F., Fumelli C., Marconi A., Tinari A., Straface E., Malorni W.,
Pellicciari R., Pincelli C.: Carboxyfullerenes localize within mitochon-
dria and prevent the UVB-induced intrinsic apoptotic pathway. Exp
Dermatol., 2007; 16: 429-436
[25] Choi J.S., Park J.C., Nah H., Woo S., Oh J., Kim K.M., Cheon G.J., Chang
Y., Yoo J., Cheon J.: A hybrid nanoparticle probe for dual-modality posi-
tron emission tomography and magnetic resonance imaging. Angew
Chem Int Ed Engl., 2008; 47: 6259-6262
[26] Citrin D., Cotrim A.P., Hyodo F., Baum B.J., Krishna M.C., Mitchell
J.B.: Radioprotectors and mitigators of radiation-induced normal tis-
sue injury. Oncologist., 2010; 15: 360-371
[27] Dauer W., Przedborski S.: Parkinson’s disease: mechanisms and
models. Neuron, 2003; 39: 889-909
[28] Davie C.A.: A review of Parkinson’s disease. Br Med Bull., 2008;
86: 109-127
[29] Djordjević A., Ajdinovića B., Dopudjaa M., Trajkovića S.,
Milovanovića Z., Maksin T., Nešković O., Bogdanović G., Trpkov
D., Cvetićanin J., Injac R.: Scintigraphy of the domestic dog using
[
99
mTc(CO)
3
(H
2
O)
3
]-C
60
(OH)
22-24
. Dig J Nanomater Bios., 2010; 6 99-106
[30] Djordjevic A., Canadanovic-Brunet J., Vojinovic-Miloradov M., Bog-
danovic G.: Antioxidant properties and hypothetical radical mechanism
of fullerenol C
60
(OH)
24
. Oxid Commun., 2005; 27: 806-812
[31] Dragunow M., Faull R.L., Lawlor P., Beilharz E.J., Singleton K., Walker
E.B., Mee E.: In situ evidence for DNA fragmentation in Huntington’s
disease striatum and Alzheimer’s disease temporal lobes. Neurore-
port., 1995; 6: 1053-1057
[32] Dringen R., Bishop G.M., Koeppe M., Dang T.N., Robinson S.R.: The
pivotal role of astrocytes in the metabolism of iron in the brain. Neu-
rochem Res., 2007; 32: 1884-1890
[33] Dugan L.L., Bruno V.M., Amagasu S.M., Giard R.G.: Glia modulate
the response of murine cortical neurons to excitotoxicity: glia exacer-
bate AMPA neurotoxicity. J Neurosci., 1995; 15: 4545-4555
[34] Dugan L.L., Gabrielsen J.K., Yu S.P., Lin T.S., Choi D.W.: Buckmin-
sterfullerenol free radical scavengers reduce excitotoxic and apoptotic
death of cultured cortical neurons. Neurobiol Dis., 1996; 3: 129-135
[35] Ehrich M., Van Tassell R., Li Y., Zhou Z., Kepley C.L.: Fullerene an-
tioxidants decrease organophosphate-induced acetylcholinesterase
inhibition in vitro. Toxicol. In Vitro., 2011; 25: 301-307
[36] Fahn S., Cohen G.: The oxidant stress hypothesis in Parkinson’s
disease: evidence supporting it. Ann Neurol., 1992; 32: 804-812
[37] Fatouros P.P., Corwin F.D., Chen Z.J., Broaddus W.C., Tatum J.L.,
Kettenmann B., Ge Z., Gibson H.W., Russ J.L., Leonard A.P., Duchamp
J.C., Dorn H.C.: In vitro and in vivo imaging studies of a new endohedral
metallofullerene nanoparticle. Radiology, 2006; 240: 756-764
[38] Foley S., Crowley C., Smaihi M., Bonls C., Erlanger B.F., Seta P., Lar-
roque C.: Cellular localisation of a water-soluble fullerene derivative.
Biochem. Biophys. Res. Commun., 2002; 294: 116-119
[39] Grębowski J., Krokosz A.: Fulereny w radiobiologii. Postepy Bio-
chem., 2010; 56: 456-462
[40] Grebowski J., Krokosz A., Puchala M.: Fullerenol C
60
(OH)
36
could
associate to band 3 protein of human erythrocyte membranes. Biochim
Biophys Acta., 2013; 1828: 2007-2014; doi:pii: S0005-2736(13)00155-7.
10.1016/j.bbamem.2013.05.009.
[41] Grebowski J., Krokosz A., Puchala M.: Membrane uidity and activ-
ity of membrane ATPases in human erythrocytes under the inuence of
polyhydroxylated fullerene. Biochim Biophys Acta., 2013; 1828: 241-248
[42] Greenlund L.J., Deckwerth T.L., Johnson E.M. Jr.: Superoxide dis-
mutase delays neuronal apoptosis: a role for reactive oxygen species
in programmed neuronal death. Neuron, 1995; 14: 303-315
[43] Grushko Yu.S., Alekseev E.G.,Kozlov V.S., Molkanov L.I., Wortmann
G., Giefers H., Rupprecht K., Khodorkovskii M.A.:
161
Dy Mössbauer study
of the endohedral metallofullerenes Dy@C
n
(n = 80, 82, 84). Hyperne
Interactions., 2000; 126: 121-126
[44] Guirado-López R.A., Rincón M.E.: Structural and optical properties
of highly hydroxylated fullerenes: stability of molecular domains on
the C
60
surface. J. Chem. Phys., 2006; 125: 154312-10
[45] Halliwell B., Gutteridge J.M.C.: Free Radicals in Biology and Medi-
cine. Oxford Univ. Press. London, 3rd ed, 1999
[46] Hirsch A.E., Rosenstein B.S., Medich D.C., Martel C.B., Hirsch J.A.:
Polymethylmethacrylate and radioisotopes in vertebral augmenta-
tion: an explanation of underlying principles. Pain Physician., 2009;
12: 887-891
[47] Hotze E.M., Bottero J.Y., Wiesner M.R.: Theoretical framework for
nanoparticle reactivity as a function of aggregation state. Langmuir,
2010; 26: 11170-11175
[48] Huang H.M., Ou H.C., Hsieh S.J., Chiang L.Y.: Blockage of amyloid
beta peptide-induced cytosolic free calcium by fullerenol-1, carboxyl-
ate C
60
in PC12 cells. Life Sci., 2000; 66: 1525-1533
[49] Husebo L.O., Sitharaman B., Furukawa K., Kato T., Wilson LJ.:
Fullerenols revisited as stable radical anions. J. Am. Chem. Soc., 2004;
126: 12055-12064
[50] Icević I., Bogdanović V., Zikić D., Solajić S., Bogdanović G., Djordjević
A.: The inuence of fullerenol on cell number, cell area, and colony
forming unit ability in irradiated human eritroleukemic cell line. Hemi-
jska industrija., 2007; 61: 167-169
Page 11
870
Postepy Hig Med Dosw (online), 2013; tom 67: 859-871
[51] Injac R., Perse M., Cerne M., Potocnik N., Radic N., Govedarica
B., Djordjevic A., Cerar A., Strukelj B.: Protective eects of fullere-
nol C
60
(OH)
24
against doxorubicin-induced cardiotoxicity and hep-
atotoxicity in rats with colorectal cancer. Biomaterials, 2009; 30:
1184-1196.
[52] Injac R., Perse M., Obermajer N., Djordjevic-Milic V., Prijatelj M.,
Djordjevic A., Cerar A., Strukelj B.: Potential hepatoprotective eects
of fullerenol C
60
(OH)
24
in doxorubicin-induced hepatotoxicity in rats
with mammary carcinomas. Biomaterials, 2008; 29: 3451-3460
[53] Jeng U.S., Lin T.L., Chang T.S., Lee H.Y., Hsu C.H., Hsieh Y.W.,
et al.: Comparison of the aggregation behavior of water-soluble
hexa(sulfobutyl) fullerenes and polyhydroxylated fullerenes for their
free-radical scavenging activity. Prog. Colloid. Polym. Sci., 2001; 118:
232-237
[54] Jennings L.E., Long N.J.: ‘Two is better than one’-probes for dual-
modality molecular imaging. Chem Commun (Camb)., 2009; 24: 3511-
3524
[55] Jin H., Chen W.Q., Tang X.W., Chiang L.Y., Yang C.Y., Schloss J.V., et
al. Polyhydroxylated C
60
, fullerenols, as glutamate receptor antagonists
and neuroprotective agents. J Neurosci Res., 2000; 62: 600-607
[56] Kato H., Kanazawa Y., Okumura M., Taninaka A., Yokawa T., Shino-
hara H.: Lanthanoid endohedral metallofullerenols for MRI contrast
agents. J. Am. Chem. Soc., 2003; 125: 4391-4397
[57] Kato S., Aoshima H., Saitoh Y., Miwa N.: Highly hydroxylated or
gamma-cyclodextrin-bicapped water-soluble derivative of fullerene:
the antioxidant ability assessed by electron spin resonance method
and beta-carotene bleaching assay. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2009;
19: 5293-5296
[58] Kim JE, Lee M.: Fullerene inhibits beta-amyloid peptide aggrega-
tion. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2003; 303:576-579
[59] Klaine S.J., Alvarez P.J., Batley G.E., Fernandes T.F., Handy R.D.,
Lyon D.Y., Mahendra S., McLaughlin M.J., Lead J.R.: Nanomaterials in
the environment: behavior, fate, bioavailability, and eects. Environ
Toxicol Chem., 2008; 27: 1825-1851
[60] Kojić V., Jakimov D., Bogdanović G., Djordjević A.: Eects of Fullere-
nol C
60
(OH)
24
on Cytotoxicity Induced by Antitumor Drugs on Hu-
man Breast Carcinoma Cell Lines. Materials Science Forum, 2005; 494:
543-548
[61] Kokubo K., Matsubayashi K., Tategaki H., Takada H., Oshima T.: Fac-
ile synthesis of highly water-soluble fullerenes more than half-covered
by hydroxyl groups. ACS Nano., 2008; 2: 327-333
[62] Komorowska M., Krokosz A., Szweda-Lewandowska Z.: Radiation
damage to human erythrocytes: Inuence of the composition of me-
dium. Radiat Phys Chem., 2007 76: 1587-1593
[63] Kong L., Tedrow O., Chan Y.F., Zepp R.G.: Light-initiated transfor-
mations of fullerenol in aqueous media. Environ. Sci. Technol., 2009;
43: 9155-9160
[64] Krantz A.: Red cell-mediated therapy: opportunities and chal-
lenges. Blood Cells Mol Dis., 1997; 23: 58-68.
[65] Krokosz A., Koziczak R., Gonciarz M., Szweda-Lewandowska Z.:
Study of the eect of dose-rate on radiation-induced damage to hu-
man erythrocytes. Radiat Phys Chem., 2006; 75: 98-105
[66] Krokosz A., Szweda-Lewandowska Z.: Changes in the activity of
acetylcholinesterase and Na,K-ATPase in human erythrocytes irradi-
ated with X-rays. Cell Mol Biol Lett., 2005; 10: 471-478
[67] Krokosz A.: Fulereny w biologii. Postepy Biochem., 2007; 53: 91-96
[68] Krusic P.J., Wasserman E., Keizer P.N., Morton J.R., Preston K.F.:
Radical reactions of C
60
. Science, 1991; 254: 1183-1185
[69] Lai H.S., Chen W.J., Chiang L.Y.: Free radical scavenging activity
of fullerenol on the ischemia-reperfusion intestine in dogs. World J
Surg., 2000; 24: 450-454
[70] Lai H.S., Chen Y., Chen W.J., Chang J., Chiang L.Y.: Free radical scav-
enging activity of fullerenol on grafts after small bowel transplantation
in dogs. Transplant. Proc., 2000; 32: 1272-1274
[71] Laus S., Sitharaman B., Tóth E., Bolskar R.D., Helm L., Asokan S.,
Wong M.S., Wilson L.J., Merbach A.E.: Destroying gadofullerene ag-
gregates by salt addition in aqueous solution of Gd@C
60
(OH)
x
and Gd@
C
60
[C(COOH
2
)]
10
. J. Am. Chem. Soc., 2005; 127: 9368-9369
[72] Lecoanet H.F., Bottero J.Y., Wiesner M.R.: Laboratory assessment
of the mobility of nanomaterials in porous media. Environ. Sci. Tech-
nol., 2004; 38: 5164-5169
[73] Lee C.M., Huang S.T., Huang S.H., Lin H.W., Tsai H.P., Wu J.Y., Lin
C.M., Chen C.T.: C60 fullerene-pentoxifylline dyad nanoparticles en-
hance autophagy to avoid cytotoxic eects caused by the β-amyloid
peptide. Nanomedicine, 2011; 7: 107-114
[74] Li D., Fortner J.D., Johnson D.R., Chen C., Li Q., Alvarez P.J.: Bioac-
cumulation of
14
C
60
by the earthworm Eisenia fetida. Environ Sci Tech-
nol., 2010; 44: 9170-9175
[75] Lotharius J., Dugan L.L., O’Malley K.L.: Distinct mechanisms under-
lie neurotoxin-mediated cell death in cultured dopaminergic neurons.
J Neurosci.: 1999; 19: 1284-1293
[76] Luo J., Wilson J.D., Zhang J., Hirsch J.I., Dorn H.C., Fatouros P.P.,
Shultz M.D.: A Dual PET/MR Imaging Nanoprobe:
124
I Labeled Gd
3
N@
C
80
. Applied Sciences., 2012; 2: 465-478
[77] Maksin T., Djokic D., Jankovic D., Djordjevic A., Neskovic O.: Com-
parison of some physico-chemical parameters and biological behaviour
of fullerenol labeled with technetium-99m. J Optoelectro Adv Mater.,
2007; 9: 2571-2577
[78] Marczak A., Jóźwiak Z.: Damage to the cell antioxidative system
in human erythrocytes incubated with idarubicin and glutaraldehyde.
Toxicol. In Vitro., 2009; 23: 1188-1194
[79] Markovic Z., Trajkovic V.: Biomedical potential of the reactive oxy-
gen species generation and quenching by fullerenes (C60). Biomateri-
als, 2008; 29: 3561-3573
[80] Marzatico F, Porta C, Moroni M, Bertorelli L, Borasio E, Finotti N,
Pansarasa O, Castagna L. In vitro antioxidant properties of amifostine
(WR-2721, Ethyol). Cancer Chemother. Pharmacol., 2000; 45: 172-176
[81] Menna P., Paz O.G., Chello M., Covino E., Salvatorelli E., Minotti G.:
Anthracycline cardiotoxicity. Expert Opin. Drug. Saf., 2012; 11 Suppl
1:S21-36.
[82] Mikawa M., Kato H., Okumura M., Narazaki M., Kanazawa Y., Miwa
N., Shinohara H.: Paramagnetic water-soluble metallofullerenes hav-
ing the highest relaxivity for MRI contrast agents. Bioconjug. Chem.,
2001; 12: 510-514
[83] Milic V.D., Stankov K., Injac R., Djordjevic A., Srdjenovic B., Gove-
darica B., Radic N., Simic V.D., Strukelj B.: Activity of antioxidative
enzymes in erythrocytes after a single dose administration of doxo-
rubicin in rats pretreated with fullerenol C
60
(OH)
24
. Toxicol. Mech.
Methods., 2009; 19: 24-28
[84] Minotti G., Menna P., Salvatorelli E., Cairo G., Gianni L.: Anthracy-
clines: molecular advances and pharmacologic developments in anti-
tumor activity and cardiotoxicity. Pharmacol. Rev., 2004; 56: 185-229
[85] Mirkov S.M., Djordjevic A.N., Andric N.L., Andric S.A., Kostic T.S.,
Bogdanovic G.M., Vojinovic-Miloradov M.B., Kovacevic R.Z.: Nitric ox-
ide-scavenging activity of polyhydroxylated fullerenol, C
60
(OH)
24
. Nitric
Oxide., 2004; 11: 201-207
[86] Nielsen G.D., Roursgaard M., Jensen K.A., Poulsen S.S., Larsen S.T.:
In vivo biology and toxicology of fullerenes and their derivatives. Basic
Clin. Pharmacol. Toxicol., 2008; 103: 197-208
[87] Pacher P., Beckman J.S., Liaudet L.: Nitric oxide and peroxynitrite
in health and disease. Physiol. Rev., 2007; 87: 315-424
[88] Partha R., Conyers JL.: Biomedical applications of functionalized
fullerene-based nanomaterials. Int J Nanomedicine., 2009; 4: 261-275
Page 12
871
Grębowski J. i wsp. – Fulerenol - właściwości i zastosowanie w naukach biomedycznych
[89] Piątek A., Dawid A., Gburski Z.: The properties of small fullerenol
cluster (C
60
(OH)
24
)
7
: computer simulation. Spectrochim Acta A Mol
Biomol Spectrosc., 2011; 79: 819-823
[90] Pickering K., Wiesner M.R.: Fullerol-sensitized production of reac-
tive oxygen species in aqueous solution. Environ. Sci. Technol., 2005;
39: 1359-1365
[91] Podolski I.Y., Podlubnaya Z.A., Godukhin O.V.: Fullerenes C60, an-
tiamyloid action, the brain and cognitive processes. Biozika, 2010;
55: 88-94
[92] Podolski I.Y., Podlubnaya Z.A., Kosenko E.A., Mugantseva E.A.,
Makarova E.G., Marsagishvili L.G., Shpagina M.D., Kaminsky Y.G.,
Andrievsky G.V., Klochkov V.K.: Eects of hydrated forms of C
60
fullerene on amyloid 1-peptide brillization in vitro and perfor-
mance of the cognitive task. J Nanosci Nanotechnol., 2007; 7: 1479-
1485
[93] Qingnuan L., Yan X., Xiaodong Z., Ruili L., Qianqian D., Xiaoguang S.,
Shaoliang C., Wenxin L.: Biodistribution of fullerene derivative C
60
(OH)
x
(O)
y
Chin. Sci. Bull., 2001; 46: 1615-1617
[94] Qingnuan L., yan X., Xiaodong Z., Ruili L., qieqie D., Xiaoguang S.,
Shaoliang C., Wenxin L.: Preparation of
99m
Tc-C
60
(OH)
x
and its biodis-
tribution studies. Nucl Med Biol., 2002; 29: 707-710
[95] Reiter R.J.: Oxidative processes and antioxidative defense mecha-
nisms in the aging brain. FASEB J., 1995; 9: 526-533
[96] Saitoh Y., Mizuno H., Xiao L., Hyoudou S., Kokubo K., Miwa N.:
Polyhydroxylated fullerene C
60
(OH)
44
suppresses intracellular lipid
accumulation together with repression of intracellular superoxide
anion radicals and subsequent PPARγ2 expression during spontane-
ous dierentiation of OP9 preadipocytes into adipocytes. Mol. Cell.
Biochem., 2012; 366: 191-200
[97] Schreiner K.M., Filley T.R., Blanchette R.A., Bowen B.B., Bolskar
R.D., Hockaday W.C., Masiello C.A., Raebiger J.W.: White-rot basidio-
mycete-mediated decomposition of C
60
fullerol. Environ. Sci. Technol.,
2009; 43: 3162-3168
[98] Socoowski Britto R., Garcia M.L., Martins da Rocha A., Flores J.A.,
Pinheiro M.V., Monserrat J.M., Ferreira J.L.: Eects of carbon nanoma-
terials fullerene C
60
and fullerol C
60
(OH)
18-22
on gills of sh Cyprinus
carpio (Cyprinidae) exposed to ultraviolet radiation. Aquat Toxicol.
2012; 114-115: 80-87
[99] Srdjenovic B., Milic-Torres V., Grujic N., Stankov K., Djordjevic A.,
Vasovic V.: Antioxidant properties of fullerenol C
60
(OH)
24
in rat kidneys,
testes, and lungs treated with doxorubicin. Toxicol. Mech. Methods.,
2010; 20: 298-305
[100] Szuławska A., Czyz M.: Molekularne mechanizmy działania an-
tracyklin. Postepy Hig Med Dosw. 2006; 60: 78-100
[101] Szweda-Lewandowska Z., Krokosz A., Gonciarz M., Zajeczkowska
W., Puchała M.: Damage to human erythrocytes by radiation-generat-
ed HO* radicals: molecular changes in erythrocyte membranes. Free
Radic. Res., 2003; 37: 1137-1143
[102] Tabaczar S., Talar M., Gwoździński K.: Nitroxides as antioxidants
– possibilities of their application in chemoprevention and radiopro-
tection. Postepy Hig Med Dosw., 2011; 65: 46-54
[103] Torres V.M., Srdjenovic B., Jacevic V., Simic V.D., Djordjevic A.,
Simplício A.L.: Fullerenol C
60
(OH)
24
prevents doxorubicin-induced acute
cardiotoxicity in rats. Pharmacol Rep., 2010; 62: 707-718
[104] Trajkovic S., Dobric S., Djordjević A., Dragojevic-Simic V., Milo-
vanovic Z.: Radioprotective eciency of fullerenol in irradiated mice.
Materials. Sci. Forum., 2005; 494: 549-554
[105] Trajković S., Dobrić S., Jaćević V., Dragojević-Simić V., Milovanović
Z., Dordević A.: Tissue-protective eects of fullerenol C
60
(OH)
24
and am-
ifostine in irradiated rats. Colloids Surf B Biointerfaces., 2007; 58: 39-43.
[106] Tsai M.C., Chen Y.H., Chiang L.Y.: Polyhydroxylated C60, fullere-
nol, a novel free-radical trapper, prevented hydrogen peroxide – and
cumene hydroperoxide-elicited changes in rat hippocampus in-vitro.
J Pharm Pharmacol., 1997; 49: 438-445
[107] Uppal R., Catana C., Ay I., Benner T., Sorensen A.G., Caravan P.:
Bimodal thrombus imaging: simultaneous PET/MR imaging with a
brin-targeted dual PET/MR probe-feasibility study in rat model. Ra-
diology. 2011; 258: 812-820
[108] Vileno B., Marcoux P.R., Lekka M., Sienkiewicz
A., Fehér T., Forró
L.: Spectroscopic and Photophysical Properties of a Highly Derivatized
C
60
Fullerol. Adv. Funct. Mater., 2006; 16: 120-128
[109] Vileno B., Sienkiewicz A., Lekka M., Kulik A.J., Forro´ L.: In vitro
assay of singlet oxygen generation in the presence of water-soluble
derivatives of C
60
. Carbon, 2004; 42: 1195–11958
[110] White A.R., Bush A.I.: White The metallobiology of Alzheimer’s dis-
ease: from bench to clinic. Curr Med Literat: Neurology, 2006; 22: 89-97
[111] Wilson L.J., Cagle D.W., Thrash T.P., Kennel S.J., Mirzadeh S., Al-
ford J.M., Ehrhardt G.J.: Metallofullerene drug design.Coord. Chem.
Rev., 1999; 190-192: 199-207
[112] Xiao L., Aoshima H., Saitoh Y., Miwa N.: Highly hydroxylated
fullerene localizes at the cytoskeleton and inhibits oxidative stress in
adipocytes and a subcutaneous adipose-tissue equivalent. Free Radic.
Biol. Med., 2011; 51: 1376-1389
[113] Xiao L., Takada H., Gan X., Miwa N.: The water-soluble fullerene
derivative “Radical Sponge” exerts cytoprotective action against UVA
irradiation but not visible-light-catalyzed cytotoxicity in human skin
keratinocytes. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2006; 16: 1590-1595
[114] Xiao L., Takada H., Maeda K., Haramoto M., Miwa N.: Antioxi-
dant eects of water-soluble fullerene derivatives against ultraviolet
ray or peroxylipid through their action of scavenging the reactive
oxygen species in human skin keratinocytes. Biomed. Pharmacother.,
2005; 59: 351-358
[115] Xu J.Y., Su Y.Y., Cheng J.S., Li S.X., Liu R., Li W.X., Xu G.T., Li Q.N.:
Protective eects of fullerenol on carbon tetrachloride-induced acute
hepatotoxicity and nephrotoxicity in rats, Carbon, 2010; 48: 1388-1396
[116] Yin J.J., Lao F., Fu P.P., Wamer W.G., Zhao Y., Wang P.C., Qiu Y.,
Sun B., Xing G., Dong J., Liang X.J., Chen C.: The scavenging of reactive
oxygen species and the potential for cell protection by functionalized
fullerene materials. Biomaterials, 2009; 30: 611-621
[117] Zajdel A., Wilczok A., Slowinski J., Orchel J., Mazurek U.: Aldehydic
lipid peroxidation products in human brain astrocytomas. J Neuroon-
col., 2007; 84: 167-173
[118] Zha Y.Y., Yang B., Tang M.L., Guo Q.C., Chen J.T., Wen L.P., Wang
M.: Concentration-dependent eects of fullerenol on cultured hippo-
campal neuron viability. Int J Nanomedicine, 2012; 7: 3099-3109
[119] Zhang G., Liu Y., Liang D., Gan L., Li Y.: Facile synthesis of isome-
rically pure fullerenols and formation of spherical aggregates from
C
60
(OH)
8
. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2010; 49: 5293-5295
[120] Zhang J., Fatouros P.P., Shu C., Reid J., Owens L.S., Cai T., Gibson
H.W., Long G.L., Corwin F.D., Chen Z.J., Dorn H.C.: High relaxivity trime-
tallic nitride (Gd
3
N) metallofullerene MRI contrast agents with optimi-
zed functionality. Bioconjug Chem., 2010; 21: 610-615
[121] Zhao Q., Li Y., Xu J., Liu R., Li W.: Radioprotection by fullerenols
of Stylonychia mytilus exposed to gamma-rays. Int J Radiat Biol., 2005;
81: 169-175
Autorzy deklarują brak potencjalnych koniktów interesu.
Page 13
  • [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: We provide the first evidence that a fullerene derivative can be extensively mineralized under environmental conditions by direct photolysis. Dissolved inorganic carbon (DIC) was identified as a major photoproduct of fullerenol, a hydroxylated C(60) molecule and the ratio of moles DIC produced to moles of fullerenol reacted reached 28 or approximately 47% of complete mineralization on extensive irradiation by simulated solar radiation. The direct photoreaction kinetics of fullerenol in dilute aqueous solution can be described by pH-dependent biexponential rate expressions. This photoreaction slowed by a factor of 2 in nitrogen-saturated water. The oxygen dependence is attributed to photoinduced electron or hydrogen atom transfer from fullerenol to oxygen to produce superoxide ions with a quantum yield of 6.2 x 10(-4). Fullerenol can photosensitize the production of singlet oxygen ((1)O(2)) in dilute aqueous solution with quantum yields ranging from 0.10 in acidic water to 0.05 in neutral and basic solution. However our results indicate that chemical reactions involving diffusive encounters between (1)O(2) or superoxide and fullerenol are too slow to significantly contribute to the fast component of fullerenol photoreaction in sunlight. The pH dependence of the direct and sensitized photoreactions is attributed to changes in intramolecular hemiketal formation in fullerenol.
    No preview · Article · Dec 2009 · Environmental Science and Technology
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: Parkinson's disease (PD) results primarily from the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Current PD medications treat symptoms; none halt or retard dopaminergic neuron degeneration. The main obstacle to developing neuroprotective therapies is a limited understanding of the key molecular events that provoke neurodegeneration. The discovery of PD genes has led to the hypothesis that misfolding of proteins and dysfunction of the ubiquitin-proteasome pathway are pivotal to PD pathogenesis. Previously implicated culprits in PD neurodegeneration, mitochondrial dysfunction and oxidative stress, may also act in part by causing the accumulation of misfolded proteins, in addition to producing other deleterious events in dopaminergic neurons. Neurotoxin-based models (particularly MPTP) have been important in elucidating the molecular cascade of cell death in dopaminergic neurons. PD models based on the manipulation of PD genes should prove valuable in elucidating important aspects of the disease, such as selective vulnerability of substantia nigra dopaminergic neurons to the degenerative process.
    Preview · Article · Oct 2003 · Neuron
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: Parkinson's disease (PD) is one of the most common neurodegenerative disorders. Sources of data Literature search using Medline with keywords Parkinson's disease supplemented with previously published papers known to the author. There have been significant recent advances in the understanding of the pathogenesis of the disease. There has also been a greater realization that the disorder may be associated with significant non-motor disturbances in addition to the more commonly recognized motor complications. Although there is growing circumstantial evidence, it remains to be proven whether any of the current treatments for PD have a neuroprotective effect. Although there is no cure, there are several management options for the early treatment of PD. As the disease progresses, further treatment options are available; however, the management of late-stage motor complications and non-motor symptoms remains particularly challenging and will benefit from further clinical research.
    Preview · Article · Feb 2008 · British Medical Bulletin
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: We report that fullerene inhibits strongly the amyloid peptide aggregation at the early stage. It specifically binds to the central hydrophobic motif, KLVFF, of A beta peptides. The IC(50) value has been measured as 9 microM for both A beta(11-25) and A beta(1-40). On the other hand, a control experiment shows melatonin rather specifically binds to the C-terminus region. The IC(50) value of fullerene appears to be at least four times larger for A beta(1-40), compared with melatonin, and 15 times larger for A beta(11-25). This work shows that fullerene can be a promising candidate in search of AD therapeutics because it has the very high IC(50) value for A beta aggregation.
    Preview · Article · May 2003 · Biochemical and Biophysical Research Communications
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: Encapsulation of antineoplastic drugs within erythrocytes is one of the studied strategies to diminish the toxic side effects of anthracycline antibiotics. Glutaraldehyde is often used as crosslinking agent to link the drugs, including idarubicin (IDA) to the cells. The previous studies indicated that in glutaraldehyde-treated human erythrocytes the elevated level of drug was observed but also the various changes in the organization of the red cells were noted. In this study, we continue our investigations and now we concentrate on the effect of these compounds on antioxidative system in erythrocytes. We determined reactive oxygen species (ROS) production, glutathione content and alterations in the activity of enzymes responsible for maintaining glutathione in reduced form in human erythrocytes. Measurements of both reduced and total glutathione levels and the activity of glutathione reductase and glucose-6-phosphate dehydrogenase were performed spectrophotometrically. The results show that ROS were produced in erythrocytes treated with IDA and with IDA and glutaraldehyde. IDA at a concentration of 10 microg/ml did not cause any changes in total or reduced glutathione levels. When IDA-preincubated erythrocytes were treated with glutaraldehyde, significant changes in the determined parameters were observed in a glutaraldehyde concentration dependent manner. It was correlated with decreased activity of glutathione reductase (GR) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD). Together with the significant changes in reduced form of glutathione (GSH)/total glutathione ratio, the exposure of phosphatidylserine at the cell surface was also observed.
    Full-text · Article · Jun 2009 · Toxicology in Vitro
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: The excitation spectra and the structural properties of highly hydroxylated C(60)(OH)(x) fullerenes (so-called fullerenols) are analyzed by comparing optical absorption experiments on dilute fullerenol-water solutions with semiempirical and density functional theory electronic structure calculations. The optical spectrum of fullerenol molecules with 24-28 OH attached to the carbon surface is characterized by the existence of broad bands with reduced intensities near the ultraviolet region (below approximately 500 nm) together with a complete absence of optical transitions in the visible part of the spectra, contrasting with the intense absorption observed in C(60) solutions. Our theoretical calculations of the absorption spectra, performed within the framework of the semiempirical Zerner intermediate neglect of diatomic differential overlap method [Reviews in Computational Chemistry II, edited by K. B. Lipkowitz and D. B. Boyd (VCH, Weinheim, 1991), Chap. 8, pp. 313-316] for various gas-phase-like C(60)(OH)(26) isomers, reveal that the excitation spectra of fullerenol molecules strongly depend on the degree of surface functionalization, the precise distribution of the OH groups on the carbon structure, and the presence of impurities in the samples. Interestingly, we have surprisingly found that low energy atomic configurations are obtained when the OH groups segregate on the C(60) surface forming molecular domains of different sizes. This patchy behavior for the hydroxyl molecules on the carbon surface leads in general to the formation of fullerene compounds with closed electronic shells, large highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital energy gaps, and existence of an excitation spectrum that accounts for the main qualitative features observed in the experimental data.
    Full-text · Article · Nov 2006 · The Journal of Chemical Physics
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract] ABSTRACT: Oxidative stress is thought to contribute to dopaminergic cell death in Parkinson's disease (PD). The neurotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA), which is easily oxidized to reactive oxygen species (ROS), appears to induce neuronal death by a free radical-mediated mechanism, whereas the involvement of free radicals in N-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) toxicity is less clear. Using free radical-sensitive fluorophores and vital dyes with post hoc identification of tyrosine hydroxylase-positive neurons, we monitored markers of apoptosis and the production of ROS in dopaminergic neurons treated with either 6-OHDA or MPP+. Annexin-V staining suggested that 6-OHDA but not MPP+-mediated cell death was apoptotic. In accordance with this assignment, the general caspase inhibitor Boc-(Asp)-fluoromethylketone only blocked 6-OHDA neurotoxicity. Both toxins exhibited an early, sustained rise in ROS, although only 6-OHDA induced a collapse in mitochondrial membrane potential temporally related to the increase in ROS. Recently, derivatives of buckminsterfullerene (C60) molecules have been shown to act as potent antioxidants in several models of oxidative stress (Dugan et al., 1997). Significant, dose-dependent levels of protection were also seen in these in vitro models of PD using the C3 carboxyfullerene derivative. Specifically, C3 was fully protective in the 6-OHDA paradigm, whereas it only partially rescued dopaminergic neurons from MPP+-induced cell death. In either model, it was more effective than glial-derived neurotrophic factor. These data suggest that cell death in response to 6-OHDA and MPP+ may progress through different mechanisms, which can be partially or entirely saved by carboxyfullerenes.
    Preview · Article · Mar 1999 · The Journal of Neuroscience : The Official Journal of the Society for Neuroscience
Show more