Zdravilne učinkovine in odpadna voda
Pozdravljeni v Frequenzi Della Scienzi na 89,3 MHz, oddaji znanstvene redakcije. Danes se potapljamo v svet odpadnih voda in zdravilnih učinkovin. Raziskali bomo, kako sta ta pojma povezana.
Nekatera zdravila so po naravi zelo obstojne molekule. To jim omogoča, da v telesu pridejo do svoje tarče. V okolju pa so ravno zaradi svoje obstojnosti nezaželena. Večina običajnih metod čiščenja, ki se uporabljajo v čistilnih napravah, pri odstranjevanju teh molekul ni dovolj učinkovita in zdravila se prek odpadnih voda znajdejo v okolju. Tovrstnih zdravilnih učinkovin je veliko, mi pa se na začetku bomo osredotočili na skupino citostatikov.
CITOSTATIKI
Cito pomeni celica, statis pa zaustavitev. Tako je jasno, da je namen citostatikov celice zaustaviti, natančneje, zaustaviti njihovo delitev. Uporablja se jih pri zdravljenju raka. Pri raku se celice nenadzorovano delijo, zdravila, ki to delitev zaustavijo, pa delujejo protirakavo.
Dedni material je eden izmed najbolj varovanih delov celice. Da ga ohranijo, uporabljajo veliko mehanizmov, ki med delitvijo preverjajo in popravljajo morebitne napake. V skrajnem primeru tudi uničijo celico s poškodovano dednino. Naključno, ali pa kot posledica nekaterih virusov, sistemskih imunskih bolezni ali okolja, se zgodi, da pride do spremembe dednega materiala, ki je popravljalni mehanizmi celic kot tudi imunski sistem ne prepoznajo. Rak je torej skupina bolezni, pri katerih pride zaradi okvare nadzornih mehanizmov celične delitve do nenazdorovanih delitev in sprememb v metabolizmu, posledično pa to sproži nastajanje novih celic, kar vodi v rast tumorske mase.
V uporabi je več kot 100 različnih citostatičnih učinkovin, veliko jih je tudi v razvoju ali v postopkih kliničnih testiranj. Med najbolj uporabljane tako v Sloveniji kot drugod spada 5-fluorouracil. Sledijo mu gemcitabin, ifosfamid, ciklofosfamid in metotreksat. Gre za raznoliko skupino učinkovin, ki jo glede na način delovanja na celice delimo v štiri skupine: alkilirajoči citostatiki, antimetaboliti, inhibitorji topoizomeraze in učinkovine z delovanjem na mikrotubule.
Na kratko lahko razlike v delovanju različnih skupin citostatikov opišemo takole. Alkilirajoči citostatiki s tumorsko DNK tvorijo kovalentno vez in tako preprečijo njeno podvojevanje. Med te recimo spada tudi citostatik iperit, ki so ga kot prvega po naključju odkrili med obema vojnama, saj so ga uporabljali kot bojni strup.
Antimetaboliti so strukturno podobni gradnikom DNK verige in se tako neposredno vgradijo v njeno strukturo. Ko postanejo del DNK verige, privedejo do motenj ali zaustavitve celične delitve. Inhibitorji topoizomeraze pa zaustavijo delovanje encima topoizomeraza, ki je ključen za cepljenje in ponovno združevanje verige DNK ob prepisu.
Zadnja skupina citostatikov vpliva na nastajanje mikrotubulov v celici v času delitve. Med delitvijo se namreč v celici formira mreža iz tako imenovanih mikrotubulov, ki omogoči, da se ena celica razcepi v dve in obe novonastali celici dobita ustrezno kopijo verige DNK. Če mikrotubuli ne delujejo, se celica na more razdeliti v dve novi in prav to doseže ta skupina citostatikov.
Citostatiki so najbolj učinkoviti pri hitro rastočih tumorjih, kot je horiokarcinom, ki se pojavi v placenti in se širi po krvi. Učinkoviti so tudi pri zdravljenju levkemije in Hodgkinove bolezni. Njihova selektivna aktivnost temelji na tem, da se rakave celice hitro delijo in so na takšne substance zelo občutljive. Celice, ki se delijo počasneje, pa so na citostatike manj občutljive, vendar še vedno dovzetne za njihovo citotoksično delovanje. Še posebej so v telesu izpostavljene zdrave celice, ki se hitro delijo. To so recimo celice kostnega mozga, celice sluznic in celice lasnega mešička.
Pogost neželen učinek pri zdravljenju s kemoterapijo je izpadanje las. Citostatiki ustavijo hitro delitev matičnih celic v lasnih mešičkih, celice pa za obnovo po inhibiciji potrebujejo veliko časa. Izpadli lasje se tako ne zamenjajo z novimi, inhibitorno delovanje na lasne mešičke pa traja ves čas terapije. Neželeni učinki pri zdravljenju s kemoterapijo so tako posledica citotoksičnega delovanja učinkovin na zdrave celice.
S staranjem se verjetnost za razvoj rakavega obolenja povečuje. V preteklem letu je bilo v Sloveniji predvsem na račun splošnega staranja prebivalstva na novo obolelih za rakom več kot 15.000. Porast v številu obolelih pa vodi tudi v večje količine uporabljenih zdravil. Tako je bila poraba protirakavih zdravil v letu 2018 za osem odstotkov večja kot v letu 2017, o povečani porabi pa poročajo tudi ostale evropske države.
Povečana uporaba v medicinske namene in posledično večja proizvodnja pomenita tudi večje nenamerno izločanje farmacevtskih učinkovin v okolje. Kot glavne vire ostankov zdravil v okolju in njihovih razgradnih produktov gre izpostaviti izpuste iz farmacevtskih proizvodnih obratov ter bolnišnic in vode iz komunalnih čistilnih naprav.
Prva točka, v kateri ostanki protirakavih zdravilnih učinkovin vstopajo v okolje, je mesto proizvodnje. V farmacevtskih obratih se med proizvodnjo porabijo velike količine vode, odpadne vode pa morajo biti pred izpustom v okolje prečiščene. Proizvodni obrat lahko izvaja odvajanje in čiščenje na lastni čistilni napravi ali pa odplake priklopijo na javno kanalizacijo, kjer se čistijo na komunalni čistilni napravi.
Kljub temu pa industrijske odpadne vode niso glavni vir onesnažil v vodi. Glavna pot, po katerih farmacevtske učinkovine zaidejo v vodno okolje, so bolnišnične odpadne vode, kar je pričakovano, saj v bolnišnicah poteka zdravljenje bolnikov s kemoterapijo. Kemoterapevtiki se prerazporejajo po telesu in skušajo preprečiti rast rakavega tkiva, po določenem času pa se presnovijo in izločijo iz telesa z urinom ali blatom. Odsluženi citostatiki se tako prek izločkov znajdejo v bolnišničnih odpadnih vodah, te pa se združijo z ostalimi mestnimi odplakami. Bolniki in bolnice lahko kemoterpevtike zaužijejo tudi na domu, na primer v peroralni obliki.
Citostatiki pa niso edine zdravilne učinkovine, ki jih uporabljamo za zdravljenje raka. Vedno pogosteje uporabljajo tarčna biološka zdravila, ki vključujejo tudi monoklonska protitelesa. O enih izmed teh, kinaznih inhibitorjih in jemanju zdravil na domu, spregovori profesorica doktorica Metka Filipič z Nacionalnega inštituta za biologijo, vodja tamkajšnjega Oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka.
Tako se zdravilna učinkovina in njeni metaboliti znajdejo v gospodinjski odplakah. Število bolnikov, ki uživajo zdravila, predpisana za jemanje na domu, se povečuje. Ob začetku preučevanja vpliva ostankov zdravil na okolje je bilo to področje spregledano, danes pa se opozarja tudi na prisotnost protirakavih zdravil v komunalnih odplakah.
Svoj delež prispeva tudi odlaganje zdravil s pretečenim rokom uporabe v okolje, ki imajo na ta način prost dostop do podtalne vode in vodotokov. Velja omeniti, da v Sloveniji izvajamo program vračanja zdravil v lekarne, kjer se zdravila s pretečenim rokom ustrezno hranijo ali uničijo. Nikar v smeti z že dolgo pozabljeno škatlico zdravil v kotu predala. Odnesite jo raje v lekarno, kjer bodo zanjo ustrezno poskrbeli.
Zdravila, prisotna v odpadni vodi, se kljub poti skozi čistilno napravo lahko znajdejo v površinskih in podtalnih vodah. Zdravilne učinkovine se v vodi nahajajo v zelo majhnih koncentracijah, medtem ko so komunalne čistilne naprave narejene za grobo prečiščevanje odplak. Zdravila, ki v prečiščenih odplakah ostanejo v sledovih, pa se vračajo nazaj v okolje.
Po glasbenem predahu se bomo vrnili k raziskovanju nadvse težavnega življenjskega cikla odpadnih protirakavih učinkovin.
Dobrodošli zopet v oddaji Frequenza della Scienza na 89,3 MHz. Govora je o zdravilih, ki s svojim selektivnim delovanjem uničujejo rakave celice. Žal pa po uporabi tudi ti postanejo onesnažilo.
Kadar obstaja možnost, da bo onesnažilo, v tem primeru je to protirakava učinkovina, zašlo v okolje, Evropska agencija za okolje, znana pod kratico EMA, predpisuje izdelavo ocene tveganja za boljše razumevanja vpliva onesnažila na okolje. Ocena tveganja je proces, ki identificira in ovrednoti možne nevarnosti ter tveganja za okolje in organizme, ki živijo v njem.
Priprava ocene tveganja je nujna za nova odobrena zdravila, tako za humano kot veterinarsko uporabo. Del ocene okoljskega tveganja predstavlja izračun predvidene okoljske koncentracije za zdravila, če obstaja možnost, da ta zaidejo v okolje. Gre torej za izračunano koncentracijo zdravil, ki naj bi se v okolju nahajala, in temelji na statističnih podatkih o dejanski porabi zdravil.
Kot mejna vrednost za prisotnost farmacevtskih učinkovin v površinskih vodah je bila postavljena koncentracija 10 nanogramov na liter. V tako nizki koncentraciji ima redko katera snov še aktivni učinek. Če je predvidena okoljska koncentracija za izbrano molekulo večja ali enaka vrednosti 10 nanogramov na liter, se izpostavitev tej molekuli v okolju obravnava kot potencialno nevarno. Predvidena okoljska koncentracija se zato uporablja v raziskavah, ki se ukvarjajo z vplivom protirakavih zdravil na organizme v odpadnih in površinskih vodah.
Testi za določanje toksičnosti so problematični, saj so običajno narejeni na podlagi akutne toksičnosti učinkovine, ko je organizem škodljivi snovi izpostavljen le štiriindvajset ur. Učinek delovanja na organizem ali celični model se torej ocenjuje le v izpostavljenosti kratkega časovnega obdobja. Organizmi pa so v okolju citostatikom izpostavljeni dlje časa, več generacij, zato se novejše raziskave osredotočajo tudi na raziskovanje kroničnega vpliva citostatikov.
O štirih najpogostejših citostatikih v odpadnih vodah in njihovih vplivih na organizme nam več pove profesorica doktorica Metka Filipič.
Naša sogovornica nam je povedala tudi o projektu Cytothreat in pomenu raziskovanja na in vitro celičnih modelih:
Doktorica Metka Filipič nadaljuje o razvijanju 3D celičnih modelov za preučevanje presnove zdravilnih učinkovin.
Kot smo lahko slišali, v okolju ni prisoten le en citostatik. Že med zdravljenjem rakavih obolenj se lahko uporabljajo dokazano učinkovite kombinacije citostatikov, v okolju pa se poleg omenjenih snovi znajdejo tudi ostale farmacevtske spojine, njihovi metaboliti in tudi razgradni produkti.
Ob hkratnem delovanju več zdravilnih učinkovin lahko pride do treh interakcij, pri katerih se učinka bodisi izničita bodisi seštejeta ali pa pride celo do sinergije, kjer je učinek večji od seštevka delovanja posameznih komponent.
Smiselnost raziskovanja aditivnih učinkov osvetli profesorica Metka Filipič:
Na valovih Radia Študent v Frequenzi della Scienzi v družbi citostatikov plujemo po odpadnih vodah. Ti so v okolju nezaželeni, zato prisluhnimo, na kakšne načine se na čistilnih napravah lotevajo njihovega odstranjevanja iz odplak.
Čistilna naprava je zadnji del kanalizacijskih sistemov. Njena glavna naloga je, da prečisti odpadno vodo pred izlivom nazaj v okolje. Pred samim čiščenjem, ki ponavadi zajema tri faze, pa gre skozi fazo predčiščenja.
Pred vstopom v predčiščevalni bazen se najprej odstranijo veliki plavajoči materiali, kot so vejevje in kosi plastike. Nato se voda zbere v bazenu, kjer pride do ločitve trdnih snovi, recimo usedajočega se peska, in plavajočih snovi, kot so maščobe. Namen faze predčiščenja je odstranitev mehanskega materiala, ki bi kasneje zamašil črpalke in zajemalke. S tem je voda pripravljena za nadaljnjo obdelavo.
Obstaja več metod čiščenja odplak iz industrije in komunalnih sistemov. Razdelimo jih na primarno fazo, ki zajema fizikalno-kemijske procese, sekundarno fazo, ki zajema biološke procese in terciarno fazo oziroma procese naprednega čiščenja. Čistilne naprave pri čiščenju odpadnih voda običajno uporabijo kombinacijo vseh treh stopenj.
Problem ne le citostatikov, temveč tudi ostalih farmacevtskih učinkovin v odpadni vodi je, da le z eno metodo ne moremo odstraniti vseh prisotnih spojin. Gre za veliko in v kemijski zgradbi raznoliko skupino učinkovin. Poznavanje njihovih lastnosti nam olajša izbiro metode odstranjevanja, vendar na komunalnih čistilnih napravah ne izvajajo tarčnega odstranjevanja zdravil in ostankov zdravil iz odpadnih voda. Posledično se ti odstranijo le v omejenem številu.
Med fizikalno-kemijskimi metodami odstranjevanja citostatikov velja izpostaviti adsorpcijo, zgoščevanje na površini snovi. Molekule citostatikov imajo zaradi svoje kemijske zgradbe večji ali manjši privlak do molekul vode. Če v bazene pritrdimo adsorbente, ki se bolje povežejo s citostatikom, se te molekule raje usedejo na primer na delce aktivnega oglja, ki je eden izmed pogostih adsrobentov.
Druga fizikalno-kemijska metoda je filtracija farmacevtskih učinkovin skozi gosto membrano. Pore na membrani so dovolj majhne, da ta zadrži molekule citostatikov na eni strani membrane, prečiščena voda pa prehaja skozi. Metoda torej ne uniči citostatikov, jih le fizično loči. Obe metodi, adsorpcija in filtracija, sami po sebi nista dovolj učinkoviti, v kombinaciji z drugimi pa pripomoreta k bolj učinkovitemu odstranjevanju.
Primarnemu čiščenju odpadne vode sledi sekundarno čiščenje – imenujemo ga tudi biološko čiščenje. Je proces čiščenja odpadne vode z mikroorganizmi. Biološko čiščenje se uporablja tako pri čiščenju industrijskih odpadnih voda kot pri prečiščevanju komunalnih odplak.
Na voljo imamo več tehnik biološke obdelave odpadnih voda, najbolj razširjen postopek pa vključuje uporabo tako imenovanega aktivnega blata. Temelji na mešani združbi različnih mikroorganizmov, ki čistijo odpadno vodo z razgradnjo organskih spojin, biološko oksidacijo in drugimi kemijskimi spremembami. Vendar je ta konvencionalna metoda dokaj neučinkovita pri odstranjevanju citostatikov iz vode, saj so meritve vsebnosti citostatikov ob iztoku iz komunalne čistilne naprave še vedno beležile njihovo prisotnost.
Za veliko bolj učinkovit sistem odstranjevanja protirakave zdravilne učinkovine se je izkazal membranski bioreaktor. Kot že ime pove, je tu izredno pomembna membrana, ki citostatičnih molekul ne prepušča. Te se zadržijo v vodnem okolju, kjer so prisotni tudi mikroorganizmi, ki uspejo razgraditi citostatike.
Terciarne procese čiščenja imenujemo tudi napredni procesi, saj zagotavljajo najvišjo kakovost očiščene odpadne vode. Kot obetavni metodi za odstranjevanje citostatikov sta se izkazali predvsem elektrokemijska oksidacija in ozonizacija.
Delovanje oksidativnih procesov lahko poenostavimo na dva koraka: prvi je nastanek hidroksilnih radikalov, drugi pa je oksidacijska reakcija med temi radikali in molekulami onesnažila. Končna produkta popolne razgradnje sta voda in ogljikov dioksid. Ta metoda se ne uporablja na industrijski ravni, ozonizacija pa.
Z ozonacijo razgradimo molekulo citostatika, ko ta reagira direktno z ozonom ali pa poteče zaporedje oksidativnih reakcij s prostimi radikali, kot je na primer hidroksilni radikal. Citostatik cisplatin je izredno toksičen citostatik, z nizko stopnjo biodegradacije. V primeru odstranjevanja z membranskim bioreaktorjem, je uspešnost le petdesetodstotna, z metodo ozonacije pa je razgradnja učinkovita tako za sam cisplatin kot tudi za njegove razgradne produkte. Razgradni produkti so v primeru oksidacij in ozonacij zaradi uporabe radikalov bolj toksični kot pa razgradni produkti bioloških metod.
O odkritju razgradnega produkta molekule ciklofosfamida, ki so ga nepričakovano odkrili v odpadnih vodah, spregovori profesorica doktorica Metka Filipič.
Javljamo se vam s frekvence 89,3 MHz, kjer lahko vsako drugo nedeljo opoldne poslušate oddajo Frequenza Della Scienza. V družbi citostatikov smo se izgubili v odpadnih vodah, iz teh smo z biološkimi metodami in oksidacijo odstranili zdravila, sedaj pa bomo na iztoku čistilnih naprav vzeli vzorec. Kam z njim? V analizo, seveda.
Za prisotnost citostatikov v odpadnih vodah smo izvedeli dokaj pozno. Ti se v okolju pojavljajo v izredno nizkih koncentracijah, analitske metode za določanje koncentracij pa niso bile dovolj občutljive, da bi jih zaznale. Z razvojem občutljivejših metod pa lahko določimo tudi izredno nizke koncentracije onesnažila. Ne glede na izbrano analitsko metodo določanja pa je treba pridobljen vzorec najprej koncentrirati. Koncentriranje vzorca se opravi z različnimi postopki ekstrakcije na trdni fazi v koloni, kjer zdravilno učinkovino adsorbiramo na trdni nosilec, potem pa ga speremo v novo, bolj koncentrirano raztopino.
Pri določanju koncentracije citostatikov v odpadnih vodah se uporabljata dve glavni skupini metod. To je kromatografija in masna spektrometrija.
Kromatografija temelji na ločitvi posameznih komponent vzorca, ki ji sledi zaznava. Ločitev komponent vzorca poteka v analitski koloni, ki je napolnjena z adsorbentom. Vzorec, ki ga želimo koncentrirati, predstavlja mobilno fazo – spustimo ga čez analitsko kolono, ki vsebuje stacionarno fazo, torej adsorbent. Različne komponente vzorca se z različno močjo vežejo na adsorbent, zato potujejo skozi stacionarno fazo z različnimi hitrostmi. Na podlagi hitrosti potovanja lahko ločimo komponente vzorca in pridobimo koncentrirano iskano spojino.
Metoda masne spektrometrije je učinkovita tehnika za identifikacijo snovi na osnovi analize mase ionov, nastalih iz osnovne molekule. Za detekcijo citostatikov v odpadnih vodah pa se največkrat uporablja kombinacija tekočinske kromatografije z masno spektrometrijo. Pomembna lastnost te kombinirane metode je, da uspešno ločuje učinkovine z zelo podobnimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi, primerna pa je tudi za proučevanje polarnih in nepolarnih ter toplotno neobstojnih spojin. Je zelo selektivna in občutljiva metoda.
Realno sliko o stanju okolja, v tem primeru o stanju voda v Sloveniji, pridobimo s stalnim spremljanjem izbranih parametrov. Spremljajo se lahko vsebnosti ionov in mineralnih snovi, pa tudi prisotnost onesnažil, kot so pesticidi. Pri nas so v redni monitoring vključene površinske in podzemne vode ter pitna voda.
V Evropi se izvaja monitoring odpadnih voda za nekatere ostanke zdravil, kot so zdravila za srčno-žilne bolezni, zdravila s psihotropnim učinkom, za kontraceptive, protibolečinska zdravila in antibiotike. Citostatiki zaenkrat v redni monitoring niso vključeni vsi, več o tem pa pove doktorica Metka Filipič z Nacionalnega inštituta za biologijo:
V današnji Frequenzi della Scienzi smo podrobneje spoznali nekatere izmed zdravilnih učinkovin, ki se uporabljajo pri zdravljenju raka. Ker so hkrati onesnažilo okolja, moramo nujno razviti nove tehnike, da lahko odpadne vode, v katerih se nahajajo, očistimo do te mere, da ostanki teh zdravil nimajo več vpliva na okolje oziroma je ta vpliv čim manjši. Tem snovem so vodni organizmi namreč izpostavljeni vse življenje.
Oddajo je pripravila vajenka Klara.
Urednikovala je Zarja.
Lektorirala je Barbara.
Brala sva Lovro in Pia.
Tehniciral je Linč.
Uredniški izbor
Napovedi
Prikaži Komentarje
Komentiraj