Society of Chemical Industry - Deuterium diet
C&I numărul 9, 2020
Vadim Demidov ar putea să includă acizi grași deuterizați în dietele noastre într-o zi să ne ajute să ducem o viață mai sănătoasă și mai lungă, cu risc redus de boli neurodegenerative.
La mijlocul anilor 2000, omul de știință al Universității Oxford, Mihail Șchepinov, a avut ideea nouă de a folosi izotopi grei non-radioactivi pentru a încetini îmbătrânirea. Ideea sa se învârtea în jurul încetinirii deteriorării radicalilor liberi în organism cauzată de speciile reactive de oxigen (ROS), una dintre principalele cauze ale îmbătrânirii și bolilor asociate vârstei.
ROS oxidează și deteriorează substraturile celulare prin reacții de transfer hidrogen-atom (HAT). Cu toate acestea, substituția izotopică poate încetini în mod substanțial rata unei transformări chimice, prin intermediul efectului izotop cinetic (KIE). Izotopul deuteriu greu deuteriu (2H sau D) face legături mai puternice cu carbonul și alți atomi decât atomul de hidrogen normal mai ușor (1H sau doar H). Viteza reacțiilor simple de transfer al atomului de hidrogen (HAT) ar trebui să încetinească de obicei de șase până la zece ori atunci când hidrogenul este înlocuit cu izotopul său deuteriu neradioactiv. Înlocuirea hidrogenului cu tritiu mai greu (3H sau T) ar trebui să încetinească aceste reacții și mai mult, deoarece este de trei ori mai grea. Dar tritiul este instabil și extrem de radioactiv, fiind prin urmare dăunător țesuturilor umane.
Deuterizarea câtorva situri selectate pe biomoleculele vizate de ROS din corpul nostru poate duce, prin urmare, la rezistență la atacurile ROS care cauzează îmbătrânirea, a argumentat Shchepinov. 1 Important, un astfel de „schimb izotopic” nu va schimba în mod fundamental acești compuși - structura lor de legătură va să fie identice, iar proprietățile lor chimice vor fi în mare parte neschimbate. Chiar și dimensiunea și forma moleculelor deuterate nu se vor schimba, deoarece un atom de deuteriu are aproximativ același diametru ca hidrogenul și ambele formează legături covalente de aceeași lungime cu alți atomi. Cu toate acestea, deuteriul va fi mai greu de îndepărtat.
Șchepinov a depus o cerere de brevet de invenție pentru potențialul său invenție anti-îmbătrânire și în 2006, împreună cu antreprenorii biotehnologi Robert Molinari și Charles Cantor, a fondat Retrotopul de start-up farmaceutic din California.
Primul lucru pe care noua companie a trebuit să-l facă a fost să demonstreze principiul că substituția izotopică poate extinde longevitatea. Pentru a obține câteva dovezi inițiale, Șchepinov a lucrat cu colaboratori pentru a crește viermii rotunzi Caenorhabditis elegans pe alimente îmbogățite izotopic, pentru a vedea dacă acest lucru le-a crescut durata de viață. Acești mici nematode neparazite sunt adesea utilizate ca organisme model în studiile biomedicale.
Un studiu amănunțit publicat în 2019 a constatat că suplimentarea cu deuteriu a dus la o extindere de până la 15% în viața viermelui.2 Acest studiu a dovedit, de asemenea, că creșterea duratei de viață a alimentelor deuterizate se datorează unei acumulări reduse de ROS dăunătoare pe măsură ce viermii îmbătrânesc și, deci, la stres oxidativ redus. Un raport de cercetare de la Universitatea Stanford a relevat, de asemenea, o extindere semnificativă a duratei de viață a drojdiei prin absorbția fie a glucozei deuterate, fie a apei grele (D2O) .3 Dacă s-au produs efecte similare la om, aceste descoperiri sugerează că suplimentarea comparabilă cu deuteriu ar putea adăuga câțiva ani vieții noastre.
Astfel, teoriile lui Șchepinov despre consumul de izotopi grei pentru o viață lungă și sănătoasă au fost verificate în studii pe animale primitive și eucariote inferioare. Apoi, Retrotope a fost interesat să extindă aceste studii la animale și oameni superiori, apoi la boli legate de vârstă și alte afecțiuni.
Răsucire promițătoare
Mai recent, compania și-a îndreptat atenția asupra tulburărilor neurologice degenerative. „Datele obținute recent, care aruncă o nouă lumină asupra mecanismelor moleculare ale unei varietăți de neuropatologii, sunt în concordanță cu ipoteza sugerată anterior că reacțiile ROS sunt implicate în patogeneza acestor boli degenerative”, spune Șchepinov, [acum] șeful companiei Ofițer științific.
Un „călcâie al lui Ahile” obișnuit în toate aceste neurodegenerări diferite s-a dovedit a fi membranele neuronale care sunt atacate de ROS, inițind un set de reacții de lanț oxidativ dăunătoare. Neuronii sunt elementele de bază ale sistemului nostru nervos. Aceste celule nervoase extrem de specializate sunt responsabile pentru transmiterea și primirea informațiilor folosind membranele lor celulare alungite unice, care prezintă un risc deosebit de deteriorare a ROS, deoarece au un nivel ridicat de consum de oxigen și un conținut foarte ridicat de lipide care conțin acizi grași polinesaturați (PUFA).
Vulnerabilitatea membranelor la deteriorarea oxidativă apare din structura lor unică în care lipidele sunt strâns împachetate împreună într-o matrice bistratificată foarte ordonată. Un impact oxidativ de ROS unic declanșează o cascadă de evenimente care dăunează lipidelor, care are consecințe catastrofale pentru integritatea membranei, deoarece lipidele oxidate nu pot forma un strat stratificat ordonat. În schimb, dispunerea lor este foarte dezordonată, rezultând un strat strat lipidic cu găuri și scurgeri care distrug funcția corectă a membranei. Mai mult, lipidele oxidate generează o varietate de produse secundare foarte reactive care pot ataca proteinele și acizii nucleici pentru a provoca patologii suplimentare. În mod colectiv, aceste daune duc la neurodegenerare.
Cea mai recentă idee a retrotopului este de a folosi KIE pentru a trata neurodegenerarea prin protejarea membranelor neuronale de reacțiile în lanț oxidativ inițiate de ROS. Acest lucru se va face prin înlocuirea selectivă a atomilor de hidrogen adiacenți atomilor de carbon nesaturați - principalele situri ale atacurilor ROS, denumite „situri bis-alilice” - de izotopi de deuteriu. Neuronii umani vor fi protejați de ROS prin hrănirea PUFA-urilor esențiale armate cu deuteriu, a acizilor linoleici și linolenici (principalii precursori ai lipidelor de membrană) pacienților cu boli neurologice. Aceste PUFA sunt în mod normal ingerate ca parte a dietei noastre, deoarece corpurile umane nu sunt capabile să le sintetizeze.