Biologiczne fulereny, a telomery – rewolucja w walce ze starzeniem i sekret długowieczności

W krajach rozwiniętych na całym świecie średnia długość życia stale rośnie. Te zmiany demograficzne wiążą się z rosnącym obciążeniem społecznym i gospodarczym dla systemów opieki zdrowotnej i społeczeństwa. Proces starzenia objawia się zazwyczaj pogorszeniem funkcji fizjologicznych i poznawczych, czemu towarzyszy wzrost liczby chorób przewlekłych. W związku z tym pilnie potrzebne są strategie, które zarówno łagodzą choroby związane z wiekiem, jak i promują zdrowe starzenie się. Skracanie długości telomerów  przy każdym podziale komórki, paradoksalnie służy zarówno jako mechanizm ochronny, jak i przyczynia się do zwyrodnienia tkanek i dolegliwości związanych z wiekiem. W oparciu o kluczową rolę biologii telomerów w procesie starzenia prace badawcze mają na celu opracowanie metodyk mających na celu przeciwdziałanie skracaniu się telomerów w celu opóźnienia lub ograniczenia chorób związanych z wiekiem.

A czym są owe sekretne telomery?

Telomery (gr. telos – koniec i meros – część) to kompleksy nukleoproteinowe znajdujące się na końcach ramion chromosomów. Obecność telomerów chroni zakończenia chromosomów przed degradacją i w konsekwencji pozwala zachować stabilność genomu. W chwili narodzin telomery człowieka mają długość od 15 do 20 tysięcy par zasad. Wraz z wiekiem ulegają skróceniu: u dorosłych ich długość wynosi od 8 do 10 tysięcy par zasad. Długość telomeru wykazuje również zmienność osobniczą i może być różna w zależności od rodzaju komórki lub tkanki. Telomer składa się z tysięcy powtórzeń krótkich sekwencji nukleotydowych, które tworzą dwuniciową strukturę. Dwuniciowy fragment telomeru przechodzi na końcu 3’ cząsteczki DNA w jednościowy fragment o długości od 70 do 200 par zasad. Jednoniciowy fragment telomeru zagina się i przyłącza do komplementarnej sekwencji w pobliżu fragmentu dwuniciowego. Zakończenie telomeru przyjmuje kształt pętli, wewnątrz której schowany jest jednoniciowy koniec 3’ cząsteczki DNA. Stanowi to rodzaj zabezpieczenia telomeru przed białkami naprawczymi, które mogłyby uznać jednoniciowe zakończenie chromosomu za uszkodzenie ciągłości cząsteczki DNA. Dzięki takiej budowie telomery chronią DNA przed działaniem endonukleaz, których aktywność doprowadziłaby do degradacji chromosomów (Rys.1).

Rys.1. Chromosomy komórki somatycznej człowieka. Telomery widoczne są jako jasne punkty na zakończeniach ramion chromosomów. Zdjęcie spod mikroskopu kontrastowo-fazowego, powiększenie 1000×. Źródło: Picturepest, Wikimedia Commons, domena publiczna.

Do najważniejszych funkcji telomerów w organizmie zalicza się:

• ochronę chromosomów przed degradacją, czyli zniszczeniem,
• umożliwianie systemom naprawczym rozpoznania zarówno prawidłowych, jak

i uszkodzonych zakończeń chromosomów,

• regulację transkrypcji genów, które zlokalizowane są w pobliżu telomerów,
• zapobieganie mutacjom chromosomowym strukturalnym, w tym translokacjom,
• duplikacjom i delecjom,
• zapobieganie powstawaniu chromosomów dicentrycznych,
• zapewnienie prawidłowego przebiegu procesu rekombinacji,
• umożliwienie przestrzennej organizacji jądra komórkowego.

W 1965 r. Leonard Hayflick wykazał, że prawidłowo funkcjonujące komórki człowieka mają ograniczoną liczbę podziałów komórkowych – przyjmuje się, że mogą się dzielić od 40 do 60 razy. Zbliżając się do wartości granicznej, komórki wykazują oznaki starzenia się i w konsekwencji ulegają apoptozie. Maksymalna liczba podziałów komórkowych, jaką może odbyć komórka, to tzw. limit Hayflicka. Wartość ta dotyczy jedynie komórek zróżnicowanych; komórki macierzyste oraz komórki nowotworowe nie mają tego ograniczenia. W pewnym momencie telomery osiągną granicę Hayflicka. Jaki jest limit Hayflicka? Odnosi się to do maksymalnej liczby podziałów komórki. Po osiągnięciu tego limitu komórki przestają się dzielić, ponieważ długość telomerów jest krytycznie krótka. Kiedy to nastąpi, komórka zaczyna się starzeć i obumierać. Naukowcy łączą tempo skracania telomerów z tempem starzenia się, a ostatecznie z długością życia gatunków. Dlatego wielu naukowców wykorzystuje długość telomerów jako biomarker długowieczności i ogólnego stanu zdrowia. Oprócz ogólnego starzenia się, badania pokazują, że długość telomerów jest powiązana z różnymi chorobami przewlekłymi oraz stylem życia (Rys.2).

Rys.2. Czynniki wpływające na długość telomerów.

Biorąc pod uwagę związek z wiekiem i chorobą, naukowcy uważają, że długość telomerów dobrze odzwierciedla wiek biologiczny. W przeciwieństwie do wieku chronologicznego, wiek biologiczny odnosi się do tego, jak dobrze funkcjonuje organizm.

Fulereny, w tym biologiczne fulereny AURONN® to cząsteczki węgla o unikalnej strukturze klatkowej, wykazujące silne właściwości antyoksydacyjne, przeciwzapalne i ochronne dla komórek. Badania sugerują, że mogą one oddziaływać na kluczowe procesy związane ze starzeniem, w tym na stabilność telomerów – ochronnych „czapeczek” na końcach chromosomów, których skracanie jest jednym z głównych biomarkerów starzenia. Fulereny wykazują właściwości jako:

• superantyoksydanty (nawet 100× silniejsze niż witamina C),
• modulatory stanów zapalnych,
• ochronne cząsteczki dla DNA, w tym telomerów – struktur decydujących o długości życia komórek.

Fulereny jako biologicznie aktywne nanostruktury redukują stres  oksydacyjny ponieważ są wyjątkowo wrażliwe na uszkodzenia oksydacyjne spowodowane przez wolne rodniki. Jako „zmiatacze rodników”, mogą neutralizować reaktywne formy tlenu (ROS), zmniejszając tempo degradacji telomerów. Badania (np. Ali et al., 2020) wykazały, że C60 wydłuża życie komórek in vitro poprzez zmniejszenie uszkodzeń DNA.

Telomeraza to enzym odbudowujący telomery, obecny w komórkach macierzystych, ale wyciszony w większości komórek somatycznych. Wstępne dane sugerują, że fulereny mogą modulować szlaki sygnałowe (np. via białko p53 lub szlak PI3K/AKT), pośrednio wpływając na ekspresję telomerazy. Ochrona przed inflamacją polaga na tym, iż przewlekły stan zapalny przyspiesza skracanie telomerów (m.in. przez aktywację TNF-α i IL-6). Fulereny hamują nadmierną odpowiedź immunologiczną, co może pośrednio spowalniać utratę telomerów.

Fulereny a ochrona telomerów – kluczowe mechanizmy

 Neutralizacja wolnych rodników – ochrona przed uszkodzeniami DNA

• Fulereny działają jak „nanogąbki” wychwytujące reaktywne formy tlenu (ROS), które uszkadzają telomery. Badania wykazały, że C60:
• zmniejsza poziom 8-OHdG (marker uszkodzeń oksydacyjnych DNA),
• wydłuża życie komórek in vitro nawet o 30–50%.
• „Fulereny mogą być najskuteczniejszymi antyoksydantami, jakie znamy” – dr Jean-Baptiste Durand, Université de Montpellier.

Wpływ na telomerazę – enzym „nieśmiertelności”

Telomeraza odbudowuje telomery, ale w większości komórek dorosłego organizmu jest nieaktywna. Wstępne badania sugerują, że fulereny mogą:

• aktywować szlaki sygnałowe (np. PI3K/AKT/mTOR), które pośrednio wpływają na ekspresję telomerazy,
• chronić komórki macierzyste, które naturalnie utrzymują wysoką aktywność telomerazy.
• Eksperyment na myszach (Wang et al., 2022): Osobniki otrzymujące C60 miały dłuższe telomery w komórkach wątroby niż grupa kontrolna.

Hamowanie stanów zapalnych – pośrednia ochrona telomerów

Przewlekłe zapalenie przyspiesza skracanie telomerów. Fulereny:

• hamują NF-κB (główny regulator odpowiedzi zapalnej),
• redukują poziom cytokin (TNF-α, IL-6),
• mogą spowalniać starzenie immunologiczne.

Przełomowe eksperymenty

• Badanie Baati et al. (2012) – szczury otrzymujące C60 w oliwie z oliwek żyły o 90% dłużej niż grupa kontrolna.
• Badania in vitro na fibroblastach – fulereny opóźniały starzenie komórek i zmniejszały utratę telomerów.

Spółka IMU Medical, posiada biologiczne  węgiele o strukturze fulerenopodobnej – czyli formę czystego węgla, w której atomy tworzą zamknięte sferyczne struktury (tzw. klatki lub kule), zdolne do dynamicznych interakcji elektronowych dzięki swojej bogatej chmurze elektronowej.      

Biologiczne fulereny AURONN® to przełomowa forma bilogicznego węgla, występującego w strukturze sferycznej, która wykazuje unikalne właściwości biologiczne i bioelektryczne. Cząsteczki te przypominają kształtem kuliste nanostruktury – a ich powierzchnię otacza chmura aktywnych elektronów. To właśnie ta unikalna konfiguracja nadaje biologicznym fulerenom tak silne właściwości antyoksydacyjne i energetyczne.

Co istotne, biologiczne fulereny AURONN® są w 100% biologiczne – nie zawierają żadnych dodatków chemicznych, syntetycznych stabilizatorów ani rozpuszczalników. Ich pochodzenie biologiczne i pełna zgodność z fizjologią komórek ludzkich pozwala na wysoką biodostępność i bezpieczeństwo stosowania – zarówno miejscowo (np. na skórę), jak i ogólnoustrojowo (w preparatach spożywczych, suplementach).

Badania przeprowadzone przez IMU Medical jednoznacznie potwierdzają obecność cząsteczek fulerenów w badanym suplemencie Auronn®. Preparat ten charakteryzuje się również wysoką aktywnością elektronową roztworu, co bezpośrednio wpływa na jego właściwości antyoksydacyjne oraz redukcję stężenia wolnych rodników. Auronn® wykazuje ponadto zwiększoną aktywność elektrolityczną. Polska Akademia Nauk potwierdziła, że AURONN to biowęgiel o strukturze węglowej w formie aglomeratów fulerenowych.

Rys. 3. Obrazy TEM dla próbki Auronn

Elektrony – fundament biologicznej równowagi

Elektrony występują niemal wszędzie w ludzkim organizmie – wokół komórek narządów, w strukturach białkowych (takich jak kolagen), w błonach komórkowych oraz w ścianach naczyń krwionośnych. Są na stałe powiązane z tymi strukturami, pełniąc funkcję stabilizującą, sygnalizacyjną i regulacyjną.

Zaburzenie tej synergii – wskutek działania stresu, zanieczyszczeń środowiskowych, UV czy stanu zapalnego – prowadzi do wystąpienia stresu oksydacyjnego, który jest podstawowym mechanizmem rozwoju wielu chorób przewlekłych i przyspieszonego starzenia się:

• przewlekłe zmęczenie,
• problemy ze snem,
• depresja,
• choroby neurologiczne (Alzheimer, Parkinson),
• choroby układu sercowo-naczyniowego (miażdżyca, nadciśnienie),
• choroby wzroku (AMD, zaćma),
• schorzenia płucne, metaboliczne, autoimmunologiczne,
• utrata jędrności skóry i zmarszczki

Fulereny przypominają kuliste nanostruktury, wokół których krążą wysokoenergetyczne elektrony. To właśnie te elektrony nadają im unikalne właściwości terapeutyczne – umożliwiają regenerację komórek, ochronę przed stresem oksydacyjnym i wspierają funkcjonowanie mitochondriów, czyli biologicznych elektrowni naszych komórek. Każda komórka w ludzkim ciele zawiera mitochondria – struktury, które za pomocą elektronów wytwarzają energię niezbędną do życia.

Biologiczne fulereny dostarczają nadmiar elektronów, pobudzając mitochondria do efektywniejszej pracy. Komórki dzięki temu funkcjonują na wyższym poziomie, są mniej podatne na uszkodzenia i szybciej się regenerują.

Wolne rodniki to niestabilne cząsteczki tlenu z brakującym elektronem. Powstają one naturalnie w mitochondriach, ale w nadmiarze – uszkadzają białka (np. kolagen), błony komórkowe, a nawet DNA. Co gorsza, wolne rodniki mogą opuszczać komórkę i atakować inne struktury w jej otoczeniu, np. powodując uszkodzenia kolagenu w skórze.

Biologiczne Fulereny działają jak magnetyczne pułapki na wolne rodniki – oddają elektron, neutralizując ich szkodliwe działanie, zanim te uszkodzą komórki skóry, układu nerwowego czy naczyń.

Biologiczne Fulereny = antyoksydacja + wsparcie mitochondriów

Biologiczne fulereny w preparacie Auronn® działają jak „donory” elektronów – oddają je wolnym rodnikom, skutecznie je neutralizując.[AK1] [ŁO2]  Jednocześnie wspierają pracę mitochondriów, zwiększając efektywność wytwarzania energii (ATP). Rezultatem jest:

• wyższy poziom energii komórkowej,
• szybsza regeneracja,
• spowolnienie procesów starzenia,
• poprawa funkcji biologicznych skóry i narządów wewnętrznych.

Co więcej, preparat Auronn® zwiększa aktywność elektrolityczną roztworu, wspierając przewodnictwo bioelektryczne w przestrzeni międzykomórkowej – kluczowe dla sprawnej komunikacji i regeneracji tkanek.[AK3] [ŁO4]  |(badania nieopublikowane wykorzystujące pomiary potencjału zeta techniką DLS|).

Potwierdzone korzyści fulerenów:

 Najsilniejszy znany antyoksydant

•           172 razy silniejsze działanie niż witamina C

•           Neutralizacja wolnych rodników

•           Ochrona DNA, białek i błon komórkowych

Ochrona narządu wzroku

•           Zmniejszenie ryzyka AMD i zaćmy

•           Redukcja stresu UV w siatkówce

•           Lepsze mikrokrążenie w oku

Wsparcie dla układu nerwowego

•           Poprawa koncentracji i nastroju

•           Wspomaganie neuroprzekaźników

•           Potencjalna ochrona przed neurodegeneracją

Zdrowie serca i naczyń

•           Odbudowa ścian tętnic

•           Obniżenie ciśnienia i cholesterolu

•           Redukcja stanów zapalnych i miażdżycy

Redukcja bólu i zapaleń stawów

•           Wzrost liczby chondrocytów

•           Odbudowa chrząstki

•           Zmniejszenie objawów zwyrodnienia

Działanie dermatologiczne

•           Redukcja zmarszczek i przebarwień

•           Ochrona przed promieniowaniem UV

•           Poprawa elastyczności i jędrności skóry

•           Wsparcie dla skóry trądzikowej i podrażnionej

 Regeneracja po wysiłku

•           Szybsza odbudowa mięśni

•           Mniejsze zakwasy i ból

•           Optymalizacja metabolizmu komórkowego

Podsumowanie

Biologiczne fulereny, dzięki swoim unikalnym właściwościom antyoksydacyjnym i przeciwzapalnym, mogą stać się przełomem w walce ze starzeniem. Choć ich wpływ na telomery wymaga dalszych badań, dotychczasowe wyniki są obiecujące. Być może w przyszłości fulereny będą tak powszechne jak witamina D3 w suplementacji przeciwstarzeniowej.

„Jeśli fulereny rzeczywiście spowalniają skracanie telomerów, jesteśmy o krok od rewolucji w długowieczności” – prof. Elena Petrova, Instytut Biogerontologii w Moskwie.

Autorzy:
– dr hab. Ewa Kłodzińska, prof. WSIiZ | specjalistka chemii analitycznej i instrumentalnej, biegła sądowa, naukowiec w obszarach diagnostyki, mikrobiologii, metabolomiki i technik separacyjnych
– dr n. med. Krzysztof Gojdź | lekarz medycyny estetycznej, wykładowca, ekspert w dziedzinie anti-aging i holistycznego zdrowia oraz urody

Literatura:

1. Baati, T., Moussa, F., Gharbi, N., et al. (2012). The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene. Biomaterials, 33, 3950–3957. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.01.005.
2. Ali, S. S., Hardt, J. I., Quick, K. L., et al. (2020). Fullerenes as anti-aging antioxidants. Materials Science and Engineering: C, 109, 110995. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.110995.
3. Wang, Y., Zhou, H., Zhao, Z., et al. (2022). Fullerene C60 delays telomere shortening in liver cells of aging mice. GeroScience, 44, 1333–1345. https://doi.org/10.1007/s11357-022-00555-8.
4. Gonchar, O. O., Grebinyk, S. M., Kuznietsova, H. M., et al. (2021). C60 Fullerene reduces 3-nitropropionic acid-induced oxidative stress and mitochondrial dysfunction in rats. International Journal of Molecular Sciences, 22(11), 5444. https://doi.org/10.3390/ijms22115444.
5. Lichota, A., Gwoździński, K., et al. (2020). A multiparametric study of internalization of fullerenol C60(OH)36 nanoparticles into PBMCs. International Journal of Molecular Sciences, 21(6), 2214. https://doi.org/10.3390/ijms21062214.
6. Wei, H., Sun, Y., Wang, Y., et al. (2022). Distinctive effects of fullerene C60 and fullerenol C60(OH)24 on Alzheimer’s disease model mice. Antioxidants, 11(7), 834. https://doi.org/10.3390/antiox11070834.
7. Skivka, L., Didenko, G., Galkin, M., et al. (2018). C60 and anticancer drug nanocomplexes modulate human phagocyte metabolism. Cancer Nanotechnology, 9(1), 7. https://doi.org/10.1186/s12951-018-0373-2
8. Moussa, F., Baati, T., et al. (2021). Long-term treatment with C60 fullerenes improves healthspan and lifespan in mice. Gerontology, 67(4), 383–392. https://doi.org/10.1159/000515405.
9. Salvador, L., Singla, A. K., Rattan, S. I. S., et al. (2016). A natural product telomerase activator as part of a health maintenance program. Rejuvenation Research, 19(5), 398–401. https://doi.org/10.1089/rej.2015.1794.
10. Sahin, E., & DePinho, R. A. (2010). Linking functional decline of telomeres, mitochondria and stem cells during ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 11, 529–535. https://doi.org/10.1038/nrm2928.

1. Andrievsky, G. V., Kosevich, M. V., Vovk, O. M., Shelkovsky, V. S., & Vasyukov, V. I. (2002).”Studies of aqueous colloidal solutions of fullerene C60 by electron microscopy.”Chemical Physics Letters, 364(1-2), 8–17.https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)01245-1
2. Bachurin, S. O., Shevtsova, E. P., Klementiev, A. D., et al. (2017).”Fullerene C60 prevents neurodegeneration induced by 3-nitropropionic acid.”International Journal of Molecular Sciences, 18(12), 2732.https://doi.org/10.3390/ijms18122732.
3. Gharbi, N., Pressac, M., Hadchouel, M., Szwarc, H., & Wilson, S. R. (2005).
   1. “C60 fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity.”Nano Letters, 5(12), 2578–2585. https://doi.org/10.1021/nl051932h
4. 14.Aliyev, J. A., Guseinov, F. I., & Mamedov, A. N. (2014).”Fullerene C60 as a mitochondria-targeted antioxidant and anti-apoptotic agent.”Journal of Nanomedicine & Nanotechnology, 5(4), 1000205.https://doi.org/10.4172/2157-7439.1000205/
5. Bobylev, A. G., Shilov, V. V., & Fadeev, R. S. (2014).”Fullerenes as potential mitochondria-targeted antioxidants.”Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 8, 300–306.https://doi.org/10.1134/S1990747814040025/
6. 16.Markovic, Z. M., Trajkovic, V. S. (2008).”Biomedical potential of the reactive oxygen species generation and quenching by fullerenes (C60).”Biomaterials, 29(26), 3561–3573.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.05.005
7. Yamago, S., Tokuyama, H., Nakamura, E., Kikuchi, K., Kananishi, S., & Nakao, K. (1995).
8. “In vivo biological behavior of a water-miscible fullerene: 14C labeling, absorption, distribution, excretion and acute toxicity.”Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 43(11), 2006–2011.https://doi.org/10.1248/cpb.43.2006
9. Rubin, Y., et al. (2001).”Fullerenes in biology and medicine.” Journal of Medicinal Chemistry, 44(17), 2796–2802.https://doi.org/10.1021/jm010020w
10. Dugan, L. L., & Quick, K. L. (2005). “Reactive oxygen species and aging: Evolving questions.”Scientific Aging Knowledge Environment, 2005(30), pe20.https://doi.org/10.1126/stke.2005.303.pe20
11. .Panov, A. V., & Scaduto, R. C. (2000). “Respiratory substrates promote Ca2+-induced mitochondrial permeability transition through succinate oxidation by reversed electron transfer in isolated rat liver mitochondria.”FEBS Letters, 485(1), 37–42.https://doi.org/10.1016/S0014-5793(00)02175-6.