Kaffegrums kan være nøglen til at forebygge neurodegenerative sygdomme

Neurodegenerative lidelser, herunder Alzheimers, Parkinsons og Huntingtons, påvirker millioner af mennesker i USA, og omkostningerne ved at tage sig af mennesker, der lever med disse lidelser, løber op i hundredvis af milliarder af dollars hvert år.

Nu kan forskere fra University of Texas i El Paso potentielt have fundet en løsning i brugt kaffegrums - et materiale, der kasseres fra hjem og virksomheder rundt om i verden hver dag.

Et hold ledet af Jyotish Kumar, en ph.d.-studerende ved Institut for Kemi og Biokemi, og overvåget af Mahesh Narayan, Ph.D., en professor og stipendiat i Royal Society of Chemistry i samme afdeling, fandt ud af, at koffeinsyrebaserede Carbon Quantum Dots (CACQD'er), som kan udvindes fra brugt kaffegrums, har potentialet til at beskytte hjerneceller mod skader forårsaget af flere neurodegenerative sygdomme - hvis tilstanden udløses af faktorer som fedme, alder og eksponering for pesticider og andre giftige miljøkemikalier.

Deres arbejde er beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Environmental Research .

"Caffeinsyrebaserede Carbon Quantum Dots har potentialet til at være transformative i behandlingen af ​​neurodegenerative lidelser," sagde Kumar. "Dette skyldes, at ingen af ​​de nuværende behandlinger løser sygdommene; de ​​hjælper kun med at håndtere symptomerne. Vores mål er at finde en kur ved at adressere de atomare og molekylære fundamenter, der driver disse tilstande."

Neurodegenerative sygdomme er primært karakteriseret ved tab af neuroner eller hjerneceller. De hæmmer en persons evne til at udføre grundlæggende funktioner såsom bevægelse og tale, såvel som mere komplicerede opgaver, herunder blære- og tarmfunktioner, og kognitive evner.

Lidelserne deler flere træk, når de er i deres tidlige stadier og er forårsaget af livsstils- eller miljøfaktorer. Disse omfatter forhøjede niveauer af frie radikaler – skadelige molekyler, der vides at bidrage til andre sygdomme som kræft, hjertesygdomme og synstab – i hjernen og aggregeringen af ​​fragmenter af amyloiddannende proteiner, der kan føre til plaques eller fibriller i hjernen.

Kumar og hans kolleger fandt ud af, at CACQD'er var neurobeskyttende på tværs af reagensglaseksperimenter, cellelinjer og andre modeller af Parkinsons sygdom, når lidelsen var forårsaget af et pesticid kaldet paraquat. CACQD'erne, observerede holdet, var i stand til at fjerne frie radikaler eller forhindre dem i at forårsage skade og hæmmede aggregeringen af ​​amyloidproteinfragmenter uden at forårsage væsentlige bivirkninger.

Holdet antager, at hos mennesker, i det meget tidlige stadie af en tilstand som Alzheimers eller Parkinsons, kan en behandling baseret på CACQD'er være effektiv til at forhindre fuld sygdom.

"Det er afgørende at behandle disse lidelser, før de når det kliniske stadium," sagde Narayan. "På det tidspunkt er det sandsynligvis for sent. Enhver nuværende behandling, der kan behandle fremskredne symptomer på neurodegenerativ sygdom, er simpelthen uden for de fleste menneskers evner. Vores mål er at komme med en løsning, der kan forhindre de fleste tilfælde af disse tilstande på en omkostninger, der er overskuelige for så mange patienter som muligt."

Koffeinsyre tilhører en familie af forbindelser kaldet polyphenoler, som er plantebaserede forbindelser kendt for deres antioxidanter eller frie radikaler-fjernende egenskaber. Koffeinsyre er unik, fordi den kan trænge ind i blod-hjerne-barrieren og dermed er i stand til at udøve sin virkning på cellerne inde i hjernen, sagde Narayan.

Den proces, holdet bruger til at udvinde CACQD'er fra brugt kaffegrums, betragtes som "grøn kemi", hvilket betyder, at den er miljøvenlig. I deres laboratorium "koger" holdet prøver af kaffegrums ved 200° i fire timer for at omorientere koffeinsyrens kulstofstruktur og danne CACQD'er. Den store overflod af kaffegrums er det, der gør processen både økonomisk og bæredygtig, sagde Narayan.

Ud over Kumar har snesevis af kandidat- og bachelorstuderende UTEP arbejdet på dette projekt med Narayan, herunder Sofia Delgado, en tidligere UTEP bachelorstuderende, som nu forfølger sin ph.d. ved Yale University.

Narayan og Kumar sagde begge, at de ved, at målstregen stadig er langt væk. Men for nu bevæger de sig fremad på en rejse, der i sidste ende kan føre til en medicin – måske en pille – der kan forhindre langt de fleste neurodegenerative lidelser, der er forårsaget af andre faktorer end genetik.

Flere oplysninger: Jyotish Kumar et al., Caffeic acid recarbonization:En grøn kemi, bæredygtig carbon nano materiale platform til at gribe ind i neurodegeneration induceret af nye forurenende stoffer, Environmental Research (2023). DOI:10.1016/j.envres.2023.116932

Journaloplysninger: Miljøforskning

Leveret af University of Texas i El Paso