Dalla scoperta di D20 (acqua pesante) e il suo uso come moderatore nei reattori nucleari, i suoi effetti biologici sono stati ampiamente, anche se raramente profondamente, studiati. Questo articolo esamina questi effetti su animali interi, cellule animali e microrganismi., Sono considerati sia gli “effetti isotopici del solvente”, quelli dovuti alle proprietà speciali di D20 come solvente, sia gli “effetti isotopici del deuterio” (DIE), che risultano quando D sostituisce H in molte molecole biologiche. La bassa tossicità di D20 verso i mammiferi si riflette nel suo uso diffuso per misurare gli spazi d’acqua negli esseri umani e in altri animali. Concentrazioni più elevate (di solito >20% del peso corporeo) possono essere tossiche per gli animali e le cellule animali. Sono stati notati effetti sul sistema nervoso e sul fegato e sulla formazione di diverse cellule del sangue., A livello cellulare, D20 può influenzare la mitosi e la funzione della membrana. I protozoi sono in grado di resistere fino al 70% D20. Alghe e batteri possono adattarsi a crescere in 100% D2O e possono servire come fonti di un gran numero di molecole deuterate. D2O aumenta la stabilità al calore delle macromolecole, ma può diminuire la stabilità al calore cellulare, probabilmente a causa dell’inibizione della formazione di chaperonina. Alte concentrazioni di D2O possono ridurre l’ipertensione indotta da sale ed etanolo nei ratti e proteggere i topi dall’irradazione gamma., Tali concentrazioni sono anche utilizzate nella terapia di cattura dei neutroni del boro per aumentare la penetrazione dei neutroni nei composti del boro legati alle cellule maligne. Il D2O è più tossico per i maligni rispetto alle normali cellule animali, ma a concentrazioni troppo elevate per un uso terapeutico regolare. I farmaci D2O e deuterati sono ampiamente utilizzati negli studi sul metabolismo di farmaci e sostanze tossiche nell’uomo e in altri animali. Le forme deuterate di farmaci hanno spesso azioni diverse rispetto alle forme protonate. Alcuni farmaci deuterati mostrano diversi processi di trasporto., La maggior parte sono più resistenti ai cambiamenti metabolici, specialmente quelli mediati dai sistemi del citocromo P450. La deuterazione può anche cambiare la via del metabolismo del farmaco (commutazione metabolica). Il metabolismo modificato può portare ad un aumento della durata d’azione e ad una minore tossicità. Può anche portare a una minore attività, se il farmaco viene normalmente modificato nella forma attiva in vivo. La deuterazione può anche ridurre la genotossicità del farmaco antitumorale tamoxifene e di altri composti., La deuterazione aumenta l’efficacia degli acidi grassi a catena lunga e della fluoro-D-fenilalanina prevenendo la loro rottura da parte di microrganismi bersaglio. Sono stati preparati alcuni antibiotici deuterati e la loro attività antimicrobica è risultata poco cambiata. La loro azione sui batteri resistenti non è stata studiata, ma non c’è motivo di credere che sarebbero più efficaci contro tali batteri. La resistenza degli insetti agli insetticidi è molto spesso dovuta alla distruzione degli insetticidi attraverso il sistema del citocromo P450., Gli insetticidi deuterati potrebbero essere più efficaci contro gli insetti resistenti, ma questa possibilità potenzialmente preziosa non è stata ancora studiata.
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