Наноэнзим на основе ванадия предотвращает избыточное свертывание крови

Исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали искусственный наноэнзим на основе металла, который потенциально может использоваться для подавления аномального свертывания крови, вызванного такими состояниями, как тромбоэмболия легочной артерии (ТЭЛА).

Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.

В норме при повреждении кровеносного сосуда активируются специализированные клетки крови — тромбоциты — и собираются вокруг сосуда, образуя защитный сгусток. Этот процесс, известный как каскад свертывания крови (гемостаз), включает сложную серию взаимодействий белков, запускаемую сигналами от физиологических агонистов (химических веществ), таких как коллаген и тромбин.

Однако при таких состояниях, как ТЭЛА, или болезнях, подобных COVID-19, эти сигналы нарушаются, что приводит к увеличению окислительного стресса и уровня токсичных активных форм кислорода (АФК). Это вызывает гиперактивацию тромбоцитов и образование избыточных сгустков в кровеносном сосуде, способствуя тромбозу — одной из основных причин заболеваемости и смертности.

Для решения этой проблемы исследователи под руководством профессора Г. Мугеша с факультета неорганической и физической химии создали наноматериалы, имитирующие активность природных антиоксидантных ферментов, которые улавливают активные окислительные молекулы.

Эти «наноэнзимы» работают, контролируя уровень АФК, тем самым предотвращая гиперактивацию тромбоцитов, которая приводит к избыточному образованию сгустков или тромбозу.

Команда синтезировала редокс-активные наноматериалы различных размеров, форм и морфологий с помощью серии контролируемых химических реакций, начиная с небольших строительных блоков. Затем они выделили тромбоциты из человеческой крови, активировали их с помощью физиологических агонистов и протестировали, насколько эффективно различные наноэнзимы могут предотвращать избыточную агрегацию тромбоцитов.

Команда обнаружила, что сферические наноэнзимы из пятиокиси ванадия (V₂O₅) были наиболее эффективными — эти материалы имитируют природный антиоксидантный фермент глутатионпероксидазу, снижая окислительный стресс.

«Было сложно получить чистую форму наноэнзима только с +5 степенью окисления оксида ванадия. Это было важно, поскольку степень окисления +4 токсична для клеток», — объясняет Шерин Г.Р., аспирант и один из ведущих авторов.

«Уникальная химия металла ванадия имеет решающее значение, поскольку редокс-реакции, снижающие уровень АФК, происходят на поверхности ванадиевого наноматериала», — добавляет Мугеш.

Команда ввела наноэнзим мышам с моделью ТЭЛА и обнаружила, что он значительно снизил тромбоз и повысил выживаемость животных. Они также наблюдали за весом, поведением и параметрами крови животных до пяти дней после инъекции наноэнзима и не обнаружили никаких токсических эффектов.

Антитромбоцитарные препараты, нацеленные на тромбоз, иногда имеют побочные эффекты, такие как повышенное кровотечение.

«В отличие от обычных антитромбоцитарных препаратов, которые мешают физиологическому гемостазу, наноэнзимы модулируют редокс-сигнализацию и не влияют на нормальное свертывание крови. Это означает, что они не вызовут кровотечений, которые являются серьезной проблемой при текущих методах лечения», — говорит Бидаре Н. ШаратБабу, аспирант и один из ведущих авторов.

Команда теперь планирует изучить эффективность наноэнзима в предотвращении ишемического инсульта, который также вызывается закупоркой кровеносных сосудов. «Мы надеемся на клинические исследования на людях, потому что мы провели наши эксперименты с человеческими тромбоцитами, и они сработали», — говорит Мугеш.