Tıpta metaller

Tıpta metaller organik sistemlerde teşhis ve tedavi amaçlı kullanılmaktadır. İnorganik elementler, metalloproteinler adı verilen enzimlerde kofaktörler olarak organik yaşam için de gereklidir. Metaller kıt veya çok miktarda olduğunda denge bozulmaktadır ve müdahaleli ve doğal yöntemlerle doğal haline döndürülmesi gerekmektedir.

Zehirli metaller

Metaller yüksek miktarlarda toksik(zehirli) olabilmektedir. Yutma veya hatalı metabolik yollar metal zehirlenmesine yol açabilmektedir. Toksik metal kaynakları arasında tütünden kadmiyum , tarımdan arsenik ve yanardağlardan ve orman yangınlarından cıva bulunmaktadır. Ağaçlar ve bitkiler biçimindeki doğa, birçok toksini hapsedebilmektedir ve anormal derecede yüksek seviyeleri tekrar dengeye getirebilmektedir. Toksik metal zehirlenmesi genellikle bir tür şelatlama maddesi ile tedavi edilmektedir.  Ağır metal zehirlenmesi, örneğin Hg, Cd, Pb, özellikle zararlıdır.

Spesifik toksik metal türlerinin örnekleri şunları içermektedir:

• Bakır: Bakır toksisitesi genellikle , normal olarak bakır depolamasında yer alan protein seruloplazminin düşük seviyelerinin bir yan etkisi olarak kendini göstermektedir. Buna Wilson hastalığı denilmektedir . Wilson hastalığı, mutasyonu bakırı safraya taşıyan ATPaz' a neden olan ve sonunda onu seruloplazmin içine dahil ederek işlev bozukluğuna neden olan otozomal resesif bir genetik bozukluktur.
• Plütonyum: Nükleer çağdan beri, plütonyum zehirlenmesi, özellikle nükleer reaktör çalışanları arasında potansiyel bir tehlikedir; Pu tozunun solunması, yoğun alfa parçacık emisyonu nedeniyle özellikle tehlikelidir. Çok az sayıda plütonyum zehirlenmesi vakası olmuştur.
• Cıva: Cıva genellikle tarımsal kaynaklardan veya diğer çevresel kaynaklardan alınmaktadır. Cıva zehirlenmesi , tedavi edilmediği takdirde nörolojik hastalığa ve böbrek yetmezliğine yol açabilmektedir.
• Demir: Demir toksisitesi, demir zehirlenmesi veya aşırı demir yüklenmesi iyi bilinmektedir. Demir, Ames kanser testi için yalnızca çok zayıf bir şekilde pozitiftir, ancak çok güçlü bir katalizör olduğundan ve ATP üretimi ve dolayısıyla DNA üretimi için gerekli olduğundan, herhangi bir fazla çözünür demir özellikle zamanla toksiktir. Dokularda çok fazla demir birikmesi veya kan dolaşımında yüksek düzeyler, Alzheimer' den sıtmaya kadar insan hastalıklarının büyük çoğunluğuyla başarılı bir şekilde ilişkilendirilmiştir. Botanik' te demir, Sahra Altı Afrika' da pirinç, mısır veya buğday gibi bitkilerin sulanması için ciddi bir sorundur ve yeraltı suları aşırı miktarda demir içerir ve bu bitkileri zehirlemektedir.
• Kurşun ve kadmiyum: kurşun ve kadmiyum zehirlenmesi gastrointestinal, böbrek ve nörolojik işlev bozukluklarına yol açabilmektedir. Kurşunsuz boya ve gaz kullanımı kurşun ağır metal zehirlenmesi vakalarını başarıyla azaltmıştır.
• Nikel , krom ve kadmiyum: Metal-DNA etkileşimleri yoluyla bu metaller kanserojen olabilmektedir.
• Nikel: Nikel alerjisi, özellikle deriden takı yoluyla metale temas yaygındır.
• Çinko , kadmiyum , magnezyum , krom: Metal dumanı ateşi bu metallerin dumanlarının yutulmasından kaynaklanabilmektedir ve duman benzeri semptomlara yol açmaktadır.

Metal anemisi

İnsanların normal şekilde çalışabilmesi için belirli miktarda belirli metallere ihtiyacı vardır. Çoğu metal, enzimlerde kofaktörler veya protezler olarak kullanılır, spesifik reaksiyonları katalize etmektedir ve temel rollere hizmet etmektedir. İnsanlar için gerekli metaller şunlardır: Sodyum , Potasyum , Magnezyum , Bakır , Vanadyum , Krom , Manganez , Demir , Kobalt , Nikel , Çinko , Molibden ve Kadmiyum' dur. Anemi semptomları, belirli bir temel metal eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Anemi, genellikle genetik bir kusurun neden olduğu yetersiz beslenme veya hatalı metabolik süreçlerle ilişkilendirilmektedir.

Spesifik metal anemisi tiplerinin örnekleri şunları içermektedir:

• Demir: Yaygın basit anemi (demir eksikliği), oksijen taşınmasından veya oksijenin kullanılmasından sorumlu olan fonksiyonel hem proteinlerinin ( hemoglobin , miyoglobin , vb.) kaybıyla sonuçlanmaktadır . Pernisiyöz anemi , daha sonra kırmızı kan hücrelerinin işlevine müdahale eden B-12 vitamini (kobalamin adı verilen bir kobalt kompleksi içermektedir) eksikliğinden kaynaklanmaktadır.
• Çinko: Çinko anemisi çoğunlukla diyete bağlıdır, büyüme geriliğine neden olabilmektedir.
• Bakır: Bebeklerde bakır anemisi yetersiz beslenen bebeklerden kaynaklanmaktadır ve kalp hastalığına neden olabilmektedir.

Tanıdaki metaller

Metal iyonları genellikle tanısal tıbbi görüntüleme için kullanılmaktadır. Metal kompleksleri ya radyoizotop görüntüleme için (yayılan radyasyondan) ya da örneğin manyetik rezonans görüntülemede (MRI) kontrast maddeleri olarak kullanılmaktadır. Bu tür görüntüleme, kompleksin belirli bir hücre veya organ tipi tarafından alınması için spesifiklik oluşturmak için bir kompleks içindeki ligandların manipülasyonu ile geliştirilebilmektedir.

Teşhis için kullanılan metal örnekleri şunları içermektedir:

• Teknesyum: ^99m Tc görüntüleme amaçlı en yaygın kullanılan radyoizotop ajandır. Kısa bir yarı ömre sahiptir, yalnızca gama ışını fotonları yaymaktadır ve beta veya alfa parçacıkları (çevredeki hücrelere daha fazla zarar verir) yaymaz ve bu nedenle bir görüntüleme radyoizotopu olarak özellikle uygundur.
  

  Şekil1. Bleomisin A2' nin Yapısıdır ; Zhengguangmisin A2.
• Gadolinyum (III), Demir (III), Manganez (II): MRI görüntüleme için kontrast görüntüleme için paramanyetik metaller gereklidir. Gadolinyum(III), Demir(III) ve Manganez(II), doku gevşeme sürelerini değiştirebilen ve kontrast görüntü üretebilen paramanyetik metallerdir.
• Galyum-68 , Pozitron emisyon tomografisi için bir pozitron kaynağı olarak faydalıdır.
• Kobalt (III): ⁵⁷ Kobalt(III) , bir antibiyotik olan bleomisin (BLM) (Şekil 1) bileşiği ile tümör hücreleri tarafından seçici olarak alınmak üzere kullanılmaktadır. Kobalt kullanımı, en iyi kan-tümör dağılım oranı ile sonuçlanır, ancak yarı ömrü görüntüleme amaçları için elverişli olamayacak kadar uzundur. Bleomisinin terminal tiyazol halkasına bir EDTA parçasının eklenmesi için bir çözüm önerilmiştir , radyo etiketlenmiştir, böylece tüm kompleks daha sonra izlenebilir olabilmektedir. Bu sistem, tümör konumlarını doğru bir şekilde sağlayabilir ve gelecekte daha erken tespit ve daha invaziv olmayan prosedürlere yol açabilmektedir.

İşlemdeki metaller

Şekil 2. Platin koordinasyon kompleksi olan Cisplatin'in yapısıdır.

Metaller eski çağlardan beri tedavilerde kullanılmaktadır. 1500BC' den Ebers Papirüsü, tedavi için metal kullanımının ilk yazılı açıklamasıdır ve iltihabı azaltmak için bakır kullanımını ve anemiyi tedavi etmek için demir kullanımını tanımlanmaktadır. Sodyum vanadat, romatoid artrit tedavisinde 20. yüzyılın başlarından beri kullanılmaktadır. Son zamanlarda metaller, spesifik olarak kanser hücrelerine saldırarak ve doğrudan DNA ile etkileşime girerek kanseri tedavi etmek için kullanılmıştır. Çoğu metal üzerindeki pozitif yük, DNA'nın fosfat omurgasının negatif yükü ile etkileşime girebilmektedir. Metalleri içeren geliştirilmiş bazı ilaçlar, protein aktif bölgelerinde halihazırda bulunan diğer metallerle doğrudan etkileşime girerken, diğer ilaçlar en yüksek indirgeme potansiyeline sahip amino asitlerle etkileşime girmek için metalleri kullanabilinmektedir.

Tedavide kullanılan Metal örnekleri şunları içermektedir:

Şekil 3. Bir altın tuzu kompleksi olan Sodyum aurotiyomalatın yapısıdır.

• Platin: Platin bazlı bileşiklerin özellikle baş ve boyun tümörlerini etkilediği gösterilmiştir. Bu koordinasyon komplekslerinin tümör hücrelerinde DNA' yı çapraz bağladığı düşünülmektedir (Şekil 2).
• Altın: Romatoid artriti tedavi etmek için altın tuzu kompleksleri kullanılmıştır (Şekil 3). Altın tuzlarının albümin ile etkileşime girdiğine ve sonunda bağışıklık hücreleri tarafından alınıp, anti-mitokondriyal etkileri ve nihayetinde hücre apoptozunu tetiklediğine inanıldığı bilinmektedir. Bu, bağışıklık tepkisini hafifleten dolaylı bir artrit tedavisidir.
• Lityum: Li ₂CO₃ , manik depresif bozukluğun profilaksisini tedavi etmek için kullanılmaktadır.
• Çinko: Çinko, yaraları iyileştirmek için topikal olarak kullanılabilir. Zn ²⁺ , herpes virüsünü tedavi etmek için kullanılmaktadır.
• Gümüş: Yanık yarası hastalarında yanık bölgesinde enfeksiyonu önlemek için gümüş kullanılmıştır.
• 

  Şekil 4. Bizmut subsalisilat yapısıdır.
  Platin, Titanyum, Vanadyum, Demir: Cis DDP (cis-diaminedichoroplatinum), titanyum, vanadyum ve demirin kanserli hastaları tedavi etmek için spesifik olarak tümör hücrelerinde DNA ile reaksiyona girdiği gösterilmiştir.
• Altın , Gümüş , Bakır: Altın, gümüş ve bakır içeren fosfin ligand bileşikleri kanser önleyici özelliklere sahiptir.
• Lantan: Genellikle Fosrenol ticari adı altında kullanılan Lantan Karbonat , Kronik Böbrek hastalığından muzdarip hastalarda fosfat bağlayıcı olarak kullanılmaktadır.
• Bizmut: Bizmut subsalisilat , antasit olarak kullanılmaktadır.