Nano-antioxidanter beviser deres potentiale

Injicerbare nanopartikler, der kunne beskytte en skadet person mod yderligere skader på grund af oxidativt stress, har vist sig at være forbløffende effektive i test for at studere deres mekanisme.

Forskere ved Rice University, Baylor College of Medicine og University of Texas Health Science Center i Houston (UTHealth) Medical School designet metoder til at validere deres opdagelse i 2012, at kombinerede polyethylenglycol-hydrofile carbonklynger-kendt som PEG-HCC'er-hurtigt kunne dæmme op for overoxideringsprocessen, der kan forårsage skade i minutter og timer efter en skade.

Testene afslørede, at en enkelt nanopartikel hurtigt kan katalysere neutraliseringen af ​​tusinder af skadelige reaktive iltartsmolekyler, der overudtrykkes af kroppens celler som reaktion på en skade og gør molekylerne til ilt. Disse reaktive arter kan beskadige celler og forårsage mutationer, men PEG-HCC'er ser ud til at have en enorm kapacitet til at gøre dem til mindre reaktive stoffer.

Forskerne håber en indsprøjtning af PEG-HCC'er hurtigst muligt efter en skade, såsom traumatisk hjerneskade eller slagtilfælde, kan afbøde yderligere hjerneskade ved at gendanne normale iltniveauer til hjernens følsomme kredsløbssystem.

Resultaterne blev rapporteret i dag i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Effektivt, de bringer niveauet af reaktive iltarter tilbage til det normale næsten øjeblikkeligt, "sagde Rice -kemiker James Tour." Dette kan være et nyttigt værktøj til beredskabsassistenter, der hurtigt skal stabilisere et ulykke eller et hjerteanfaldsofre eller behandle soldater inden for slagområdet. "Tour ledede den nye undersøgelse med neurolog Thomas Kent fra Baylor College of Medicine og biokemiker Ah-Lim Tsai fra UTHealth.

PEG-HCC'er er omkring 3 nanometer brede og 30 til 40 nanometer lange og indeholder fra 2, 000 til 5, 000 carbonatomer. I test, en individuel PEG-HCC nanopartikel kan katalysere omdannelsen af ​​20, 000 til en million reaktive iltartsmolekyler i sekundet til molekylært oxygen, hvilke beskadigede væv har brug for, og hydrogenperoxid under slukning af reaktive mellemprodukter.

Tour og Kent ledede den tidligere forskning, der bestemte, at en infusion af ikke-toksiske PEG-HCC'er hurtigt kan stabilisere blodgennemstrømningen i hjernen og beskytte mod reaktive iltartsmolekyler, der overudtrykkes af celler under et medicinsk traume, især når det ledsages af massivt blodtab.

Deres forskning målrettede traumatiske hjerneskader, hvorefter celler frigiver en overdreven mængde af de reaktive iltarter kendt som et superoxid i blodet. Disse giftige frie radikaler er molekyler med en uparret elektron, som immunsystemet bruger til at dræbe invaderende mikroorganismer. I små koncentrationer, de bidrager til en celles normale energiregulering. Generelt, de holdes i skak af superoxiddismutase, et enzym, der neutraliserer superoxider.

Men selv milde traumer kan frigive nok superoxider til at overvælde hjernens naturlige forsvar. På tur, superoxider kan danne andre reaktive iltarter som peroxynitrit, der forårsager yderligere skade.

"Den nuværende forskning viser, at PEG-HCC'er virker katalytisk, ekstremt hurtigt og med en enorm evne til at neutralisere tusinder på tusinder af de skadelige molekyler, især superoxid- og hydroxylradikaler, der ødelægger normalt væv, når det efterlades ureguleret, "Sagde Tour.

"Dette vil ikke kun være vigtigt ved traumatisk hjerneskade og behandling af slagtilfælde, men for mange akutte skader på ethvert organ eller væv og ved medicinske procedurer såsom organtransplantation, "sagde han." Når som helst væv er stresset og derved ilt-sultet, superoxid kan dannes for yderligere at angribe det omgivende gode væv. "

Forskerne brugte en elektronparamagnetisk resonansspektroskopiteknik, der får direkte struktur og hastighedsinformation for superoxidradikaler ved at tælle uparede elektroner i nærvær eller fravær af PEG-HCC-antioxidanter. En anden test med en iltfølende elektrode, peroxidase og et rødt farvestof bekræftede partiklernes evne til at katalysere superoxidomdannelse.

"I skarp kontrast til den velkendte superoxiddismutase, PEG-HCC er ikke et protein og har ikke metal til at tjene den katalytiske rolle, "Sagde Tsai." Den effektive katalytiske omsætning kan skyldes dens mere 'plane, 'stærkt konjugeret carbonkerne.'

Testene viste, at forbruget af superoxider langt oversteg antallet af mulige PEG-HCC-bindingssteder. Forskerne fandt, at partiklerne ikke har nogen effekt på vigtige nitrogenoxider, der holder blodkarrene udvidede og hjælper neurotransmission og cellebeskyttelse, effektiviteten var heller ikke følsom over for pH -ændringer.

"PEG-HCC'er har en enorm kapacitet til at omdanne superoxid til ilt og evnen til at slukke reaktive mellemprodukter, uden at det påvirker nitrogenoxidmolekyler, der er gavnlige i normale mængder, "Kent sagde." Så de har en unik plads i vores potentielle armamentarium mod en række sygdomme, der involverer tab af ilt og skadelige niveauer af frie radikaler. "

Undersøgelsen fastslog også, at PEG-HCC'er forbliver stabile, som partier op til 3 måneder gamle udført så godt som nyt.