Kvantové tečky (Q dots, Q tečky) poslední dobou hodně frčí. Základní informace jsme probrali v prvním článku věnovaném této problematice. Jelikož se o kvantových tečkách stále více hovoří i v medicíně, zkusíme se podívat i na to, co dělají s lidským tělem, jmenovitě s krví. Necháme promluvit oficiální vědecký výzkum, který pravděpodobně pokrývá jen zlomek možných problémů. Zkuste si představit, že vám v krvi plavou drobounké, ostré, vodivé krystalky povětšině z kovu… je jasné, že to nebude dělat dobrotu.

Začneme tím, že si shrneme možnosti využití Q teček v medicíně; citovat budeme ze studie s názvem:

„Biomedicínské aplikace kvantových teček: přehled, výzvy a klinický potenciál (odkaz zde)“

Autoři: Ahmed A H Abdellatif, ^{1 , 2} Mahmoud A Younis, ³ Mansour Alsharidah, ⁴ Osamah Al Rugaie ⁵ a Hesham M Tawfeek ³  

Snímkování živých buněk a in vivo

Kvantové tečky se vyznačují ohromujícími optickými vlastnostmi včetně vysokého kvantového výtěžku, vysoké jasnosti, vysokého koeficientu extinkce, vysoké stability ve vztahu k fotobělení a přerušovaným fluorescenčním signálům (blikavosti). Vzhledem k těmto vlastnostem je lze využít k následujícímu:

Fluorescenčně aktivované třídění buněk (FACS)

FACS je rozšířená technologie se širokým spektrem biomedicínských využití včetně evaluace buněčného vychytávání  systémů cíleného dodávání léků, izolace konkrétních buněčných populací, charakterizace určitých modelů nemocí, detekce buněčných markerů a mapování imunitních buněk.

Fotodynamická terapie (PDT)

PDT představuje slibnou strategii léčby různých onkologických onemocnění včetně karcinomů kůže, hlavy a krku a rakoviny prsu. V rámci této strategie dochází k aktivaci chemické látky označované jako „fotosenzibilátor“ světelným zářením tak, aby došlo k transferu energie na nitrobuněčný molekulární kyslík, což vede k lokalizované tvorbě reaktivních forem kyslíku, jež následně vyvolají apoptózu cílových nádorových buněk. V takové oblasti mohou kvantové tečky sloužit buď jako fotosenzibilátory nebo jako dárci energie jiným fotosenzibilátorům.

V jedné nové studii Ahirwar et al zkoumali potenciál grafenových kvantových teček jako fotosenzibilátorů při fotodynamické terapii. Po ozáření Q teček UV zářením o intenzitě 290 μW dokázaly Q tečky zabít za pouhých pět minut 90 % buněk melanomu B16F10 a karcinomu prsu MCF-7, což odhalilo jejich vysokou účinnost. Nedávné poznatky navíc ukázaly, že se v Q tečkách skrývá příslib léčby onemocnění COVID-19 pomocí fotodynamické terapie, a to za pomoci duálního mechanimu tvorby reaktivních forem kyslíku a současné stimulace reakce na bázi interferonů 1. typu.

Cílené dodávání léčiv

Kvantové tečky se vyznačují mnoha atraktivními vlastnostmi, co se týče využití v cíleném dodávání farmak přímo do buněk. Snadno se vyrábějí, dokážou se spojit s řadou léčiv, jejich fyzikálně-chemické vlastnosti lze snadno vyladit a disponují zajímavými optickými vlastnostmi, díky nimž lze snadno sledovat, do jaké míry proběhlo dodání úspěšně.

Zdá se však, že tento biotechnologický zázrak nebude bez vedlejších účinků. Způsobuje totiž trombózu, vznik abnormálních krevních sraženin. O tom hovoří následující studie; ta další se věnuje vlivu Q teček na neutrofilní granulocyty, nejpočetnější druh bílých krvinek, které nám kolují v krvi:

Akutní toxicita a protrombotické účinky kvantových teček: vliv povrchového napětí (odkaz zde)

Autoři: Jorina Geys,¹ Abderrahim Nemmar,^1,2 Erik Verbeken,³ Erik Smolders,⁴ Monica Ratoi,⁵ Marc F. Hoylaerts,⁶ Benoit Nemery¹ a Peter H.M. Hoet¹

Abstrakt

Důvod vzniku studie

Kvantové tečky (QDs) mají četná potenciální využití při pořizování snímků in vivo. Dat o jejich toxicitě nicméně není dostatek.

Cíle studie

Abychom zjistili akutní toxicitu in vivo Q teček s karboxylovým povrchem a Q teček s aminovým povrchem, zkoumali jsme jejich zánětlivé vlastnosti, šíření tkáněmi a protrombotické účinky po nitrožilní injekční aplikaci.

(Vyobrazení kvantových teček s bioaktivním obalem, např. proteinovým či peptidovým – studie hovoří o karboxylovém a aminovém, těch možností je mnoho, ať co se týče samotného jádra, tak co se týče povrchu.)

Metody

Provedli jsme charakterizaci částic pomocí transmisní elektronové mikroskopie a rozptýlení dynamického světla. Myším byly injekčně nitrožilně podány karboxylové QDs a aminové QDs (1,44–3,600 pmol/myš). V různých časových intervalech probíhaly analýzy včetně fluorescenční mikroskopie, analýzy krvinek, bronchoalveolární laváže, zjišťování hmotnosti orgánů a zjišťování koncentrace kadmia v různých orgánech. Protrombotické účinky in vivo jsme zjišťovali pomocí hodnocení účinku předchozího podání antikoagulantu heparinu a měření aktivace krevních destiček (P-selectin), in vitro jsme pozorovali chování myší a lidské plazmy bohaté na destičky po přidání kvantových teček (1,44–1,620 pmol/ml).

Výsledky

V dávkách 3 600 a 720 pmol/myš způsobovaly kvantové tečky evidentní cévní trombózu v plicním oběhu, zejména v případě karboxylových Q teček. U všech testovaných parametrů jsme pozorovali efekt povrchového napětí. Po předchozím podání heparinu k trombotickým komplikacím nedošlo a P-selektin nebyl ovlivněn.  In vitro zesílily karboxylové a aminové QD hromadění krevních destiček související s aktivitou adenosin-5′-difosfátu.

Závěr

Při vysokých dávkách Q tečky vyvolávaly plicní cévní trombózu, s nejvyšší pravděpodobností prostřednictvím aktivace koagulační kaskády po kontaktní aktivaci. Naše studie zdůrazňuje nutnost pečlivého bezpečnostního hodnocení Q teček, než se budou používat u lidí. Dále vyšlo najevo, že povrchové napětí je důležitý parametr nanotoxicity.

Interakce mezi neutrofilními granulocyty v lidské krvi a kvantovými tečkami

 (Studie se nachází pod tímto odkazem)Autorky: Svetlana N. Pleskova, Elza R. Mikheeva, Ekaterina E. Gornostaeva

Abstrakt

U biomedicínských aplikací je důležité vědět, jaké druhy krvinek mohou zachytávat kvantové tečky (QDs). Nejvyšší akumulace QDs byla zjištěna u monocytové frakce leukocytů, minimální vazba kvantových teček byla pozorována u lymfocytů. Bylo zjištěno, že buňky aktivně absorbují kvantové tečky na bázi CdSe/ZnS-MPA a že tento druh kvantových teček vykazuje výraznější toxicitu. Klasický mechanismus fagocytózy kvantových teček byl odhalen u neutrofilů, když se QDs dostávají do fagolysozomů. Zachytávání kvantových teček neutrofilními granulocyty vedlo k destrukci určitých typů QDs. Interakce neutrofilů s kvantovými tečkami vedla ke smrti buněk jedním z následujících buněčných mechanismů: nekrózou, apoptózou, autofagií, NETózou nebo mumifikací. Hromadění kvantových teček se projevovalo v podobě zvětšení hydrodynamického průměru a docházelo k němu pod vlivem séra a pod vlivem konkrétních krvinek (lymfocytů a neutrofilů) v médiu bez séra.

Další studie přiznává, že toxikologických studií zaměřených na kvantové tečky je velmi málo a ty, které proběhly, povětšině provedli nanotechnologičtí výzkumníci, a ne toxikologové a lékaři. Přitom typů kvantových teček je mnoho a každý z nich může vyvolávat jiné vedlejší účinky, v jiné dávce a také za jiných okolností. Například „u některých Q teček se projevila cytotoxicita jen po oxidačním a/nebo fotolytickém rozpadu jádra“.

Autoři této studie upozorňují na možnost aerosolizování Q teček a jejich průniku hluboko do plic. Opět – není prozkoumáno, za jakých podmínek ke vzniku takových aerosolů dochází. O cytotoxicitě (toxickém působení na buňky) hovoří studie vědeckých týmů Hoshino et al. (2004a), Lovric et al. (2005) a Shiohara et al. (2004).Lze předpokládat, že všechny tyto zjištěné vedlejší účinky kvantových teček představují jen příslovečný vrcholek ledovce. Můžeme jen spekulovat o tom, do jaké míry jsme se už s kvantovými tečkami nedobrovolně setkali, byť pro biomedicínské použití dosud nejsou oficiálně schválené.

(zpracováno redakcí Věku Světla)