Mikrokapsler får en ny kraft - fjerner reaktive oxygenarter

Stabil, biokompatible mikrokapsler fra laboratoriet hos Eugenia Kharlampieva, Ph.D., har fået en ny kraft - evnen til at opfange reaktive iltarter.

Dette kan hjælpe mikrokapslers overlevelse i kroppen, da de små polymerkapsler bærer et lægemiddel eller andre biomolekyler, siger Kharlampieva, lektor i kemi ved University of Alabama ved Birmingham College of Arts and Sciences. Mikrokapslerne kan også finde anvendelse i antioxidantterapi eller i industrielle applikationer, hvor der er behov for fjernelse af frie radikaler.

Reaktive iltarter spiller en Janus-lignende rolle i kroppen - de kan være et våben mod patogener, når de produceres af immunsystemet; men overskydende produktion af reaktive iltarter under biologisk stress kan skade menneskelige celler i sygdomme som diabetes, åreforkalkning, Alzheimers sygdom, nyresygdom og kræft.

Nuværende naturlige og syntetiske antioxidanter mangler biokompatibilitet og biotilgængelighed, og de er kemisk ustabile. Dette betyder, at de har en begrænset evne til at opfange reaktive oxygenarter. De nye mikrokapsler viser ikke disse begrænsninger, og de kan give en måde at lokalt modulere oxidativ stress.

Kharlampieva og kolleger beskriver konstruktionen og egenskaberne af disse nye mikrokapsler i papiret "Manganoporphyrin-polyphenol multilayer capsules as radikale og ROS scavengers, " offentliggjort i Materialernes kemi , en publikation fra American Chemical Society. Kandidatstuderende Aaron Alford og forskningsassistent Veronika Kozlovskaya, Ph.D., er co-first forfattere, og Hubert Tse, Ph.D., lektor i mikrobiologi ved UAB School of Medicine, er co-korresponderende forfatter med Kharlampieva.

UAB-forskerne har tidligere erfaring med at fremstille og teste biokompatible mikrokapsler med vekslende lag af garvesyre og poly(N-vinylpyrrolidon), eller TA/PVPON. Lagene er dannet omkring en offerkerne, såsom fast silica, der er opløst efter at lagene er færdige.

Garvesyre er en naturlig antioxidant, og TA/PVPON-mikrokapslerne har en vis evne til at fjerne reaktive oxygenarter. Imidlertid, de mister den evne og begynder at nedbrydes ved længere tids eksponering for iltradikaler.

Så, Kharlampieva-holdet undersøgte at tilføje et metalloporphyrin til PVPON-laget i TA/PVPON-mikrokapslerne.

Specifikt, de udtænkte en syntese til kovalent at binde et manganoporphyrin til PVPON. Tilsætningen af ​​denne vedhængende katalysator skabte en MnP-PVPON/TA-kapsel med følgende egenskaber:1) mikrokapslerne fjerner synergistisk reaktive oxygenarter, inklusive superoxid og hydrogenperoxid, med dramatisk øgede hastigheder sammenlignet med umodificerede TA/PVPON-mikrokapsler; 2) mikrokapslen nedbrydes ikke ved langvarig eksponering for reaktive oxygenarter; og 3) mikrokapslerne er ikke-toksiske for musesplenocytter.

Desuden, manganoporphyrin var stabilt indeholdt i mikrokapslen uden frigivelse, og forskere viste, at både manganoporphyrin og garvesyre var påkrævet til synergistisk fjernelse af reaktive oxygenarter.

Tilstedeværelsen af ​​manganoporphyrin interfererede ikke med konstruktionen af ​​alternativt lag af mikrokapslerne, og MnP-PVPON/TA-kapslerne havde øget befugtningsevne sammenlignet med PVPON/TA-kapslen, som kan hjælpe med at opretholde mikrokapsler i blodet. Mikrokapslerne havde fem eller fem et halvt dobbeltlag placeret omkring en 4 mikrometer silicapartikel.

Biologiske forsøg med MnP-PVPON/TA-kapslerne er i gang.