Нано-антиоксиданты демонстрируют потенциал
Инъекционные наночастицы, способные защитить пострадавшего от дальнейшего повреждения из-за окислительного стресса, показали удивительную эффективность в тестах по изучению их механизма действия.
Ученые из Университета Райса, Медицинского колледжа Бейлора и Медицинской школы Научного центра здоровья Техасского университета в Хьюстоне (UTHealth) разработали методы для подтверждения своего открытия 2012 года. Они показали, что комбинация полиэтиленгликоля и гидрофильных углеродных кластеров (PEG-HCC) может быстро останавливать процесс переокисления, вызывающий повреждения в минуты и часы после травмы.
Тесты показали, что одна наночастица может быстро катализировать нейтрализацию тысяч повреждающих молекул активных форм кислорода (reactive oxygen species), которые клетки организма вырабатывают в избытке в ответ на травму, превращая их в кислород. Эти активные формы могут повреждать клетки и вызывать мутации, но у PEG-HCC, по-видимому, есть огромная способность превращать их в менее реактивные вещества.
Исследователи надеются, что инъекция PEG-HCC как можно скорее после травмы, такой как черепно-мозговая травма или инсульт, может смягчить дальнейшее повреждение мозга, восстановив нормальный уровень кислорода в чувствительной кровеносной системе мозга.
Результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Механизм действия и эффективность
PEG-HCC имеют ширину около 3 нанометров и длину от 30 до 40 нанометров и содержат от 2000 до 5000 атомов углерода. В тестах отдельная наночастица PEG-HCC может катализировать превращение от 20 000 до миллиона молекул активных форм кислорода в секунду в молекулярный кислород (который необходим поврежденным тканям) и перекись водорода, одновременно гася реактивные промежуточные продукты.
"По сути, они возвращают уровень активных форм кислорода к норме почти мгновенно", — сказал химик Джеймс Тур.
Применение и преимущества
Исследование было направлено на черепно-мозговые травмы, после которых клетки выделяют в кровь чрезмерное количество супероксида. Даже легкие травмы могут высвободить достаточно супероксидов, чтобы подавить естественную защиту мозга.
"PEG-HCC работают каталитически, чрезвычайно быстро и с огромной способностью нейтрализовать тысячи пагубных молекул, особенно супероксид- и гидроксильные радикалы", — отметил Тур.
Это может быть важно не только для лечения черепно-мозговой травмы и инсульта, но и при многих острых повреждениях любого органа или ткани, а также в медицинских процедурах, таких как трансплантация органов.
Уникальные свойства
В отличие от хорошо известной супероксиддисмутазы, PEG-HCC не является белком и не содержит металла для каталитической роли. Эффективный каталитический оборот может быть обусловлен его более «плоским», высоко сопряженным углеродным ядром.
Частицы не влияют на важные молекулы оксида азота, которые поддерживают расширение кровеносных сосудов и способствуют нейропередаче и защите клеток. Их эффективность также не чувствительна к изменениям pH.
"PEG-HCC обладают огромной способностью превращать супероксид в кислород и способностью гасить реактивные промежуточные продукты, не затрагивая при этом молекулы оксида азота, которые полезны в нормальных количествах", — сказал невролог Томас Кент.
Исследование также показало, что PEG-HCC остаются стабильными: партии возрастом до 3 месяцев работали так же хорошо, как новые.