Gel za ubijanje bakterija svjetlom i zrakom

Quae medicamenta non sanant, ferrum sanat, quae ferrum non sanat, ignis sanat”, jedna je od mnogih latinskih uzrečica (dicta et sententiae) koje su mi ostale u uhu iz đačkih dana. Izvorno nije napisana na latinskom nego na grčkom jeziku, potječe od oca medicine Hipokrata, te kao takva čini temelj medicine – no nalazi se i kao moto koji je Schiller stavio na prvu stranicu svojih Razbojnika. Joj! Dakle: „Što ne liječe lijekovi, liječi željezo, što ne liječi željezo, liječi vatra.“ Hipokrat je htio reći liječnicima da prvo trebaju liječiti lijekovima, a tek onda – ako takvo lječenje ne uspije – treba pacijenta prepustiti kirurgu. Ako ništa nije pomoglo, liječnik bi palio ranu ili bolesno tkivo vrelim uljem ili užarenim željezom. Bog te sačuvaj od takve medicine! Pa ipak, ne preporučuju li i danas liječnici operaciju kada više ništa ne mogu postići lijekovima? A ne slijedi li nakon operacije karcinoma radioterapija, a to nije drugo nego spaljivanje – ali bez vatre.

 No ne spaljuje se bez vatre samo radioaktivnim, ionizacijskim zračenjem. To se čini i dezinfekcijskim sredstvima. Vodikovim peroksidom liječe se infekcije grla i uha,  a „klorom“ (otopinom natrijeva hipoklorita, NaClO) ne peru se samo zahodi nego i zubno tkivo nakon što je zubarska bušilica obavila svoj posao. Natrijevim hipokloritom se dezinficira („klorira“) voda, no za to sve više služi ozon (O3).

Dezinfekcijska se sredstva većinom temelje na aktivnom kisiku (kako se nekoć govorilo) ili – kako se danas kaže – reaktivnim  kisikovim vrstama (reactive oxygen species, ROS), uglavnom slobodnim radikalima koji sadržavaju kisik. Reaktivnim kisikovim vrstama pripada i pobuđeno stanje kisika, singletni kisik (singlet oxygen, SO). On se označava sa 1Oi ima višu energiju (nestabilniji je, pa stoga i reaktivniji) od običnog kisika, 3O2,  kisika kojeg udišemo (tripletni kisik).

Svako će sredstvo koje proizvodi singletni kisik (1O2), jasno je, biti ujedno i dezinfekcijsko sredstvo. No, kako ga najjednostavnije proizvesti? Odgovor je jednostavan: iz zraka, iz tripletnog kisika.

Upravo je to napravilo četvero znanstvenika iz Ujedinjenog Kraljevstva i Španjolske te su u časopisu Cell Reports Physical Science objavili rad „Enhanching singlet oxygen generation by self-assembly of porphyrin entrapped in supramolecular fibers“. Oni su, da skratim priču, napravili gel od supramolekularnih niti („supramolecular fibers“) u kojima je bio ugrađen („entrapped“)  porfirin – organski spoj koji može prevesti tripletni u singletni kisik kada se osvijetli.

Priređivanje novog dezinfekcijskog sredstva sasvim je jednostavno. Prvo se u alkoholu (etanolu) otopi gelator (ovdje označen kao 1·2Br), a onda mu se doda vodena otopina porfirina TCPP. (Ima mnogo vrsta porfirina. Osnovu im čini porfirinski prsten, od 12 ugljikovih i 4 dušikova atoma. Porfirinski se prsten nalazi u hemoglobinu i klorofilu). Nakon samo tri minute spontano („generation by self-assembly“) nastaje gel,  Gel@TCPP, koji se tamnom bojom razlikuje od gela (Gel) koji nastaje od čistog gelatora. Ovisno o koncentraciji TCPP nastajat će niti različite gustoće i debljine: Gel@TCPP s koncentracijom 1,2 mmol/L stvara niti prosječne debljine 500 nm.

crtica = 0,005 mm
crtica = 0,005 mm

No prava se vrlina novog materijala, porfirina vezanog za supramolekularne niti, vidi kada se izloži svjetlu. Djelovanjem običnog svjetla, vidljivog zračenja, dakle bez ultraljubičaste komponente,  Gel@TCPP proizvodi 14 puta više singletnog kisika od vodene otopine TCPP iste koncentracije. Stoga je napravljeno ne samo praktičnije nego i djelotvornije dezinfekcijsko sredstvo.

Jasno je da je Gel@TCPP dezinfikcijens kakav se samo poželjeti može. U vodu bazena za plivanje neće trebati ništa dodavati – bit će mu dovoljno prekriti dno porfirinskim gelom. Mogle bi se napraviti i boce za vodu koje bi je sterilizirale stajanjem na suncu. A u medicini? Već se vidi njegova primjena u liječenju tvrdokornih kožnih infekcija za koje ne pomažu lijekovi, a ni kirurški nož.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, a nedavno mu je izišla još jedna: „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.