Fuleren c60. Czym jest, czy jest bezpieczny i jak wpływa na organizm?

Fuleren c60 jest to cząsteczka o klatkowej strukturze, zbudowana z 12 pierścieni o 5 atomach węgla i 20 sześciowęglowych. Stanowi 32-ścienną bryłę i jest jednym z głównych przedstawicieli fulerenów. [1]

Fuleren c60 na przestrzeni lat

Przed rokiem 1985 r. w centrum zainteresowania badaczy były związki fulerenów o mniejszej ilości cząsteczek węgla. Natomiast we wspomnianym roku badacz — Sir Kroto przeprowadzając serię eksperymentów zauważył widmo masowe odpowiadające cząsteczce c60. [1]

Problematyczne było ustalenie wyglądu tego związku. Po wielu badaniach Kroto odniósł strukturę badanej cząsteczki do prac architekta Buckminstera Fullera. Dlatego też nazwa tego związku to także buckminsterfulleren. 

Model fulerenu c60 porównano do piłki futbolowej. [2]

Za to odkrycie Kroto wraz ze swoim zespołem w 1996 r. otrzymał nagrodę Nobla. [3]

Sposoby otrzymywania 

Otrzymywanie buckminsterfullerenu może zachodzić na kilka różnych sposobów. W większości przypadków opiera się na sublimacji substancji węglowej, kondensacji gazu węglowego oraz ekstrakcji. 

Są to m.in.: 

• metoda aktywacji grafitu laserem,
• metoda elektrołukowa, która polega na przepuszczaniu prądu między elektrodami,
• metoda płomieniowa z wykorzystaniem spalania benzenu i acetylenu,
• metoda pirolizy węglowodorów polegająca na umieszczeniu węglowodorów z pierścieniami pentagonalnymi i heksagonalnymi w bardzo niskiej temperaturze. [3]

Właściwości i zastosowanie buckminsterfullerenu

Opisywana cząsteczka ma wiele zastosowań, które wynikają głównie z jej potencjału antyoksydacyjnego. Pierwszym z nich jest stabilizacja paliw samolotowych. Związki te nie pozwalają na utlenianie atomów wodoru oraz powstawanie wolnych rodników i tym samym zapewniają swobodny przepływ paliwa. Służą także jako zbiorniki wodoru w ogniwach paliwowych. 

Co więcej, fuleren zwiększa trwałość aluminium oraz polietylenu.

Po dodaniu cząsteczki c60 do substancji fotoprzewodzących zwiększa się ich trwałość i rozdzielczość, co pozwala na wykorzystanie go w drukarkach i kserokopiarkach. [3]

Ze względu na zwiększone zainteresowanie tą węglową substancją, po 1996 r. rozpoczęto szukać jej zastosowań w innych dziedzinach życia. Bardzo obiecujące wydawały się badania nad możliwością użycia jej w medycynie oraz suplementach. 

Fuleren c60 w lekach i suplementach

Na obecną chwilę istnieje wiele badań, które sugerują konkretne możliwości.

Głównym nurtem jest zastosowanie tych cząsteczek jako nośniki leków. Ostróżka-Cieślik w swojej pracy [4] wskazała na perspektywy ich zastosowania w diagnozowaniu i obrazowaniu chorób nowotworowych. Podkreślona została ich rola jako nośniki leków cytostatycznych. 

Podobne wnioski pojawiły się w pracy Kumara [5], gdzie wyliczono korzyści płynące z zastosowania fulerenu c60, takie jak neutralność immunologiczna oraz właściwości pozwalające na kontrolowanie szybkości uwalniania leku. Jednak zauważono również kwestie budzące wątpliwości, takie jak eliminacja z układu biologicznego oraz możliwa toksyczność tkankowa. 

Inne badanie, w którym analizowano szczury z m.in. wywołanym chemicznie rakiem wątrobowokomórkowym, daje przesłanki, by sądzić, że buckminsterfulleren ma działanie cytotoksyczne w kierunku takich zmian. [6]

Co więcej, podczas analizy danych w badaniu Vladimira V. Sharoyko sprawdzającym właściwości adduktu fulerenu c60 z L-metioniną, wykazano, że zależnie od dawki kompleks ten zwiększa stabilność kolagenu. [7]

Wpływ fulerenu c60 na organizm

Warto także wspomnieć o roli fulerenu w regulacji jakości mikrobioty jelitowej, homeostazy lipidowej oraz glukozowej organizmu. Eksperyment polegał na podawaniu jednej grupie szczurów oleju kokosowego oraz oliwy, a drugiej oleju wraz z fulerenem c60. Po 12 tygodniowej suplementacji okazało się, że związek składający się z atomów węgla nie uszkadza DNA wątroby, ani nie wpływa negatywnie na ilość produkowanych przez nią enzymów. Nie powodował on także patologii w obrębie innych narządów. Dzięki zmianom w strukturze mikrobiomu wpłynął na zmniejszenie ilości triglicerydów oraz na zwiększenie cholesterolu HDL. Jednakże zwiększał on insulinooporność oraz ilość produktów utleniania białek, co skutkowało negatywnym wpływem na funkcje mózgu. Wiązało się to z kumulacją w organizmie mutagennego, rakotwórczego i cytotoksycznego związku — aldehydu malonowego.

W ramach tego badania stwierdzono także, że substancja ta kumuluje się najbardziej w wątrobie, sercu i nadnerczach, a najmniej w nerkach, mózgu oraz śledzionie. [8]

Możliwy pozytywny wpływ przypisuje się mu także w leczeniu choroby Parkinsona, AIDS oraz w spowolnieniu starzenia się. [3]

W ramach tak wielu doniesień na temat wpływu tej cząsteczki na zdrowie postanowiono przeprowadzić badanie wpływu długotrwałej suplementacji fulerenem myszy. Wynikło z niego, że myszy spożywające suplement żyły dłużej od myszy, które spożywały oliwę z oliwek i porównywalnie długo do myszy spożywających wodę. [9]

Podsumowanie

Dostępne badania są przeprowadzane na zwierzętach, a niektóre wyżej wymienione sugerują możliwość wystąpienia negatywnych, szkodliwych skutków podczas stosowania fulerenu.

W obliczu tak wielu doniesień na ten temat należy pamiętać, że o ile jako potwierdzony badaniami lek, może być naprawdę skuteczny, to w przypadku samodzielnej suplementacji należy zachować szczególną ostrożność i skonsultować się w tej sprawie z lekarzem. 

Bibliografia:

1. Fulereny (chemia.waw.pl)
2. Quantum scattering (umk.pl)
3. http://mif.duo.netstrefa.pl/seminarium_files/fulPrezent.pdf
4. PERSPEKTYWY ZASTOSOWAN NANOCZASTEK WEGLOWYCH W TERAPII I OBRAZOWANIU CHOROB NOWOTWOROWYCH.pdf (pbkom.eu)
5. Kumar, Manish, Raza, Kaisar ; C60-fullerenes as Drug Delivery Carriers for Anticancer Agents: Promises and Hurdles
6. Injac R, Perse M, Obermajer N, Djordjevic-Milic V, Prijatelj M, Djordjevic A, Cerar A, Strukelj B. Potential hepatoprotective effects of fullerenol C60(OH)24 in doxorubicin-induced hepatotoxicity in rats with mammary carcinomas. Biomaterials. 2008 Aug-Sep;29(24-25):3451-60
7. [Vladimir V. Sharoyko, Olga S. Shemchuk, Anatolii A. Meshcheriakov, Lubov V. Vasina, Nailia R. Iamalova, Michail D. Luttsev, Daria A. Ivanova, Andrey V. Petrov, Dmitriy N. Maystrenko, Oleg E. Molchanov, Konstantin N. Semeno; Biocompatibility, antioxidant activity and collagen photoprotection properties of C60 fullerene adduct with L-methionine
8. Siniša Đurašević, Gorana Nikolić, Ana Todorović, Dunja Drakulić, Snežana Pejić, Vesna Martinović, Dragana Mitić-Ćulafić, Dragana Milić, Tatjana J. Kop, Nebojša Jasnić, Jelena Đorđević, Zoran Todorović, Effects of fullerene C60 supplementation on gut microbiota and glucose and lipid homeostasis in rats,
9. Dmytro Shytikov, Iryna Shytikova, Deepak Rohila, Anton Kulaga, Tatiana Dubiley, Iryna Pishel; Effect of Long-Term Treatment with C₆₀ Fullerenes on the Lifespan and Health Status of CBA/Ca Mice