Forskere opdager kul-afledte prikker er effektive antioxidanter

Grafen kvanteprikker trukket fra almindeligt kul kan være grundlaget for en effektiv antioxidant til mennesker, der lider af traumatiske hjerneskader, slagtilfælde eller hjerteanfald.

Deres evne til at slukke oxidativt stress efter sådanne skader er genstand for en undersøgelse foretaget af forskere ved Rice University, Texas A&M Health Science Center og McGovern Medical School ved University of Texas Health Science Center i Houston (UTHealth).

Kvanteprikker er halvledende materialer, der er små nok til at udvise kvantemekaniske egenskaber, der kun vises på nanoskala.

Riskemiker James Tour, A&M-neurolog Thomas Kent og UTHealth-biokemikeren Ah-Lim Tsai og deres teams fandt de biokompatible prikker, når den er modificeret med en almindelig polymer, er effektive efterligninger af kroppens egen superoxiddismutase, et af mange naturlige enzymer, der holder oxidativt stress i skak.

Men fordi naturlige antioxidanter kan blive overvældet af den hurtige produktion af reaktive oxygenarter (ROS), der ræser for at helbrede en skade, holdet har arbejdet i årevis for at se, om en hurtig indsprøjtning af reaktive nanomaterialer kan begrænse den sideskade, som disse frie radikaler kan forårsage på raske celler.

Et tidligere studie fra trioen viste, at hydrofile klynger modificeret med polyethylenglycol (PEG) for at forbedre deres opløselighed og biologiske stabilitet er effektive til at dæmpe oxidativ stress, som en enkelt nanopartikel havde evnen til at neutralisere tusindvis af ROS-molekyler.

"At erstatte vores tidligere nanopartikler med kulafledte kvanteprikker gør det meget enklere og billigere at producere disse potentielt terapeutiske materialer, " sagde Tour. "Det åbner døren til mere let tilgængelige terapier."

Test på cellelinjer viste, at en blanding af PEG og grafen kvanteprikker fra almindeligt kul er lige så effektiv til at standse skader fra superoxid og hydrogenperoxider som de tidligere materialer. men selve prikkerne er mere diskagtige end de båndlignende klynger.

Resultaterne vises i tidsskriftet American Chemical Society ACS anvendte materialer og grænseflader .

Tour-laboratoriet udtog først kvanteprikker fra kul i 2013 og rapporterede om deres potentiale for medicinsk billeddannelse, sansning, elektroniske og fotovoltaiske applikationer. En efterfølgende undersøgelse viste, hvordan de kan konstrueres til specifikke halvledende egenskaber.

I den nye undersøgelse, forskerne vurderede prikkernes elektrokemiske, kemisk og biologisk aktivitet. Rislaboratoriet ekstraherede kemisk kvanteprikker fra billigt bituminøst og antracitkul, modificerede dem med polymeren og testede deres evner på levende celler fra gnavere.

Resultaterne viste, at kvantedotdoser i forskellige koncentrationer var yderst effektive til at beskytte celler mod oxidation, selvom doserne blev forsinket med 15 minutter, efter at forskerne tilsatte skadeligt hydrogenperoxid til cellekulturskålene.

Det disclike, 3-5 nanometer bituminøse kvanteprikker er mindre end 10-20 nanometer antracitprikker. Forskerne fandt ud af, at beskyttelsesniveauet var dosisafhængigt for begge typer partikler, men at de større antracit-afledte prikker beskyttede flere celler ved lavere koncentrationer.

"Selvom de begge arbejder i celler, in vivo, de mindre er mere effektive, " sagde Tour. "De større har sandsynligvis også problemer med at få adgang til hjernen."