Je li vatra dobro ili zlo? Odgovor ovisi o tome koga pitate – kuhara ili vatrogasca. Slično bi se moglo reći i za slobodne radikale jer, u konačnoj analizi, „element vatre“ čine upravo slobodni radikali u plinovitom stanju. No što je slobodni radikal? Atom, molekula ili ion koji ima nespareni elektron. Taj se elektron nastoji spariti s drugim elektronom – kako bi nastala kovalentna veza – uslijed čega se razaraju stare i nastaju nove molekule i radikali. Iz toga proizlazi da su radikali vrlo reaktivni i – baš kao kod vatre – da su njima izazvane kemijske promjene vrlo raznolike i usto teško predvidljive. Jer se radikal, primjerice ⸱H ili ⸱OH – gdje točkica (⸱) označava nespareni elektron – može vezati za mnoge molekule i pri tome davati mnogobrojne produkte.

Jesu li radikali – da se vratimo vatri – dobri ili loši? Pri tome prije svega mislim na one koji se nalaze u našem tijelu, a zovu se, određenije, reaktivne kisikove vrste (reactive oxygen species, ROS). Često čitamo da bi ih trebalo biti što manje. Jasno je zašto. Kao vrlo reaktivne molekulske vrste oni napadaju molekule DNA, a kada se molekula DNA kemijski promijeni nastaju mutacije, a mutacije su prvi korak do maligne transformacije – pretvaranja zdrave stanice u stanicu raka, u stanicu tumora.

No kada nastane tumor i, još gore, kad počne širiti svoje metastaze, onda nam slobodni radikali mogu biti od pomoći. O novom načinu da ih se uposli u tom svake hvale vrijednom djelu izvještavaju kineski znanstvenici u znanstvenom radu „Tumor-activated in situ synthesis of single-atom catalysis for O₂-independent photodynamic therapy based on water-splitting“ što je objavljen u časopisu Nature Communications. Riječ je, ukratko, o razlaganju vode (water-splitting) na radikale ⸱H i ⸱OH djelovanjem svjetlosti (photodynamic therapy) uz sudjelovanje – a to je ovdje najvažnije – naročitog katalizatora posve jednostavne formule: C₃N₄–MnO₂.

Iza formule C₃N₄–MnO₂ krije se nanočestica, ili bolje rečeno nanopločica, koja se sastoji od nanometar debelog sloja međusobno povezanih atoma ugljika i dušika (C₃N₄) za koje su vezane molekule manganova dioksida (MnO₂). Kada se te nanočestice unesu u tkivo, one se djelovanjem glutationa (GSH), kojeg ima naročito mnogo u tumorskom tkivu, reduciraju u čestice C₃N₄–Mn(II). One su vrlo reaktivne, no samo ako elektron prijeđe s atoma dušika na atom mangana – što to se događa kada ih se osvijetli crvenom svjetlošću lasera, tj. elektromagnetskim zračenjem valne duljine 660 nm. U takvom, pobuđenom stanju, nanočestica C₃N₄⁺–Mn(I) veže atome vodika (⸱H) iz molekule vode (H:OH) pri čemu nastaju radikali ⸱OH. Oni reagiraju s molekulama nezasićenih masnih kiselina što na kraju dovodi do smrti stanice.  (Ista se nanočestica može osvijetliti više puta jer se regenerira reakcijom s pirogrožđanom kiselinom, Pyr, koja prelazi u mliječnu kiselinu, Lac.)

Jasno je: do uništenja stanica može doći samo kada se tkivo osvijetli i tamo gdje se osvijetli. Riječ je dakle o vrlo jednostavnom sredstvu za uništavanje tumorskog tkiva koje je usto manje štetno i neugodno za pacijenta od ionizirajućeg zračenja ili kirurškog noža. No koliko je djelotvorno?

 Na to je pitanje odgovorio pokus na miševima. Sedam dana nakon što su im usađene tumorske stanice (HeLa) injektiran je nanočestični lijek, a nakon 24 sata mjesto rasta tumora bilo je deset minuta osvjetljeno crvenom svjetlošću. Tumor je počeo rasti, a onda se osmog dana dogodio presudni trenutak: u kontrolnoj skupini tumor je rastao i dalje dok se u skupini liječenoj fotodinamičkom terapijom počeo smanjivati. Petnaestog dana nakon početka terapije pokazao se njezin uspjeh u punom sjaju: dok je u kontrolnoj skupini masa tumora iznosila prosječno 400 mg, u skupini liječenoj nanočesticama C₃N₄–MnO₂ i crvenim svjetlom masa tumora bila je četiri puta manja – 100 mg. Zanimljivo je da su dobri rezultati postignuti obim vrstama nanočestica, i  C₃N₄–MnO₂ i C₃N₄–Mn, no ipak bolje prvima nego drugima.

I što na kraju reći? Iako su već iskušane slične terapije svjetlom (fotodinamičke terapije), za ovu je karakteristično da ne ovisi o kisiku (O₂), kojeg u tumorskom tkivu ima malo. Sve u svemu jako dobro, a bit će još bolje kad se C₃N₄ kemijski modificira tako da lakše prodire u stanice.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.