Past na tichého zabijáka: protijed proti oxidu uhelnatému

Je bezbarvý, není nijak cítit, nedráždí ke kašli, neslzní z něj oči. Zvýšenou koncentraci oxidu uhelnatého ve vzduchu člověk zaznamená, až když se tkáním nedostává kyslíku. Nový protijed by mohl naději pacientů na přežití a rychlé zotavení významně zvýšit.

Oxid uhelnatý (CO) vzniká při nedokonalém spalování v kotlích, kamnech, karmách i spalovacích motorech. Nadýchání se tohoto plynu patří celosvětově k nejčastějším příčinám otrav. V České republice lékaři otravu oxidem uhelnatým diagnostikují u tisíců lidí ročně, kolem 150 z nich umírá (jsou ale mezi nimi i oběti požárů), další mají dlouhodobé následky – neurologické potíže se mohou projevovat i šest let po otravě.

Hemoglobin v červených krvinkách váže oxid uhelnatý ochotněji než kyslík, takže i malé množství tohoto plynu dovede významně omezit transport kyslíku krví. Oxid uhelnatý navíc podobně jako kyanid přímo inhibuje mitochondriální respiraci v tkáních.

Otravu lze léčit inhalací čistého kyslíku nebo umístěním pacienta do přetlakové komory (hyperbarická kyslíková terapie) ve snaze nahradit oxid uhelnatý co nejrychleji kyslíkem. Bez těchto opatření se při pouhém pobytu na neznečištěném vzduchu organismus zbaví poloviny CO asi za 320 minut. Podáním čistého kyslíku lze tento čas zkrátit na 74 minut, v přetlakové komoře na 24 minut. Zpravidla ale trvá poměrně dlouho, než se pacientovi této pomoci dostane. Mnohdy je navíc třeba zároveň zajistit umělou plicní ventilaci a další intenzivní péči, což využití přetlakové komory komplikuje.

Lékaři by proto uvítali nějakou rychlejší a účinnější pomoc. Ideálně protijed, který by bylo možno pacientovi přímo na místě aplikovat a potlačit negativní účinky CO v těle. Tým vědců z University of Pittsburgh takový potenciální protijed představil v časopise Science Translational Medicine (DOI: 10.1126/scitranslmed.aah6571), byť jeho účinky zatím demonstroval pouze in vitro a na myších.

Vylepšený protein

Jako základní „surovina“ pro přípravu protijedu posloužil lidský neuroglobin – hemoglobinu příbuzný intracelulární protein z nervových buněk, které chrání před poškozením při dočasném nedostatku kyslíku. Je běžný jak v mozku obratlovců, tak v periferních částech nervové soustavy včetně sítnice.

Autoři výzkumu neuroglobin upravili tak, aby vázal oxid uhelnatý asi pětsetkrát silněji než hemoglobin. Kyslík sice váže také, ale tisíckrát slaběji. Molekuly CO proto dávají vazbě na upravený neuroglobin přednost, z hemoglobinu se uvolňují a prázdné místo může opět obsadit kyslík.

K vytvoření účinného lapače CO stačila záměna čtyř aminokyselin: jednoho z histidinů vážících železo v hemové skupině za glutamin a tří cysteinů za méně reaktivní aminokyseliny. Gen s příslušně upravenou sekvencí vědci vložili do bakterie Escherichia coli, která pro ně vylepšený neuroglobin vyrobila ve velkém.

Pokusy in vitro

První série pokusů ověřovala účinnost upraveného neuroglobinu v podmínkách in vitro. Izolovaný hemoglobin zcela nasycený oxidem uhelnatým se po ponechání na čistém vzduchu zbavil poloviny molekul CO za 222 minut, zatímco v přítomnosti upraveného neuroglobinu se stejného efektu podařilo dosáhnout za 6,5 sekundy. Za půl minuty proběhl přesun molekul plynu z hemoglobinu na neuroglobin prakticky úplně.

V kultuře lidských červených krvinek se polovina molekul CO z hemoglobinu uvolnila na čistém vzduchu za déle než 500 minut, protože plyny tentokrát musely projít přes buněčnou membránu. Přidání neuroglobinu proces opět dramaticky urychlilo: polovina molekul CO se z hemoglobinu uvolnila za 24,5 sekundy, k nule výměna dospěla po necelých dvou minutách.

Přiotrávené myši – a co dál?

Rychlé „očištění“ hemoglobinu v laboratorní aparatuře je sice pěkné, v organismu ale může být vše jinak. Následovaly proto pokusy na myších.

Autoři výzkumu vystavili laboratorní myšky smrtelné dávce oxidu uhelnatého a poté jim aplikovali upravený neuroglobin. Za necelou minutu se myším začal vracet tep k normálu (po vystavení oxidu uhelnatému se zpomalil z 269 na 144 tepů za minutu), k fyziologickým hodnotám stoupl i krevní tlak. U kontrolní skupiny, která dostala pouze fyziologický roztok, obě hodnoty dále klesaly.

Sedm z osmi myší ošetřených neuroglobinem přežilo (87,5 %), zatímco v jedné z kontrolních skupin přežila jediná myš z deseti, ve druhé ze sedmi ani jedna. Vědci nicméně zdůrazňují, že nestudovali případná neurologická poškození přeživších myší.

Organismus myší se neuroglobinu rychle zbavil, do třinácti minut po podání už byla polovina molekul proteinu v moči.

Autoři nezaznamenali žádné vedlejší účinky (provedli chemický rozbor krve, histologii ledvin a nezjistili přítomnost upraveného neuroglobinu v játrech, ledvinách, srdci, mozku ani v plicích).

S ohledem na bezpečné dávkování u člověka odhadují, že podáním upraveného neuroglobinu by u člověka bylo možno snížit nasycení hemoglobinu oxidem uhelnatým o 10 až 15 procentních bodů (například z 30 % na 15 až 20 % molekul hemoglobinu), což by významně zvýšilo šanci pacienta na přežití a na zotavení bez dlouhodobých následků.

Od pokusů na myších je však k využití v klinické praxi ještě dlouhá cesta, na níž čeká řada překážek. A každá z nich může poslat nadějnou molekulu k ledu.