Una nanoparticella sviluppata alla Rice University e testata in collaborazione con il Baylor College of Medicine (BCM) può apportare grandi benefici al trattamento di emergenza delle vittime di lesioni cerebrali, anche quelli con lesioni lievi.

Cluster di carbonio idrofilico-polietilenglicole combinati (PEG-HCC), già in fase di test per migliorare il trattamento del cancro, sono anche abili antiossidanti. Negli studi sugli animali, le iniezioni di PEG-HCC durante il trattamento iniziale dopo una lesione hanno aiutato a ripristinare l'equilibrio del sistema vascolare cerebrale.

I risultati sono stati riportati questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

Un'infusione di PEG-HCC che stabilizza rapidamente il flusso sanguigno nel cervello sarebbe un progresso significativo per gli operatori del pronto soccorso e i medici sul campo di battaglia, ha detto il chimico e co-autore di Rice James Tour.

"Questa potrebbe essere una prima linea di difesa contro le specie reattive dell'ossigeno (ROS) che sono sempre sovrastimolate durante un trauma medico, che si tratti di una vittima di un incidente o di un soldato ferito, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica. "Sono certamente esacerbati quando c'è un trauma con una massiccia perdita di sangue".

In una lesione cerebrale traumatica, le cellule rilasciano una quantità eccessiva di un ROS noto come superossido (SO) nel sangue. I superossidi sono radicali liberi tossici, molecole con un elettrone spaiato, che il sistema immunitario usa normalmente per uccidere i microrganismi invasori. Gli organismi sani bilanciano la SO con la superossido dismutasi (SOD), un enzima che lo neutralizza. Ma anche un lieve trauma cerebrale può rilasciare superossidi a livelli che sopraffanno le difese naturali del cervello.

"Il superossido è la più deleteria delle specie reattive dell'ossigeno, come è il capostipite di molti degli altri, " Tour ha detto. "Se non ti occupi di SO, forma perossinitrito e perossido di idrogeno. SO è il precursore a monte di molti dei problemi a valle".

SO colpisce il meccanismo di autoregolazione che gestisce il sistema di circolazione sensibile nel cervello. Normalmente, i vasi si dilatano quando la pressione sanguigna è bassa e si restringono quando è alta per mantenere un equilibrio, ma una mancanza di regolazione può portare a danni cerebrali oltre a quelli che potrebbero essere stati causati dal trauma iniziale.

"Ci sono molti aspetti della lesione cerebrale che alla fine determinano quanti danni ci saranno, " ha detto Thomas Kent, il coautore del documento, un professore di neurologia BCM e capo di neurologia presso il Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center di Houston. "Uno è l'infortunio iniziale, e questo è praticamente fatto in pochi minuti. Ma un certo numero di cose che accadono in seguito spesso peggiorano le cose, ed è allora che possiamo intervenire".

Kent ha citato come esempio la seconda esplosione di radicali liberi che può verificarsi dopo la rianimazione post-infortunio. "Questo è ciò che possiamo curare:l'ulteriore lesione che si verifica a causa della necessità di ripristinare la pressione sanguigna di qualcuno, che fornisce ossigeno che porta a radicali liberi più dannosi."

Nei test, i ricercatori hanno scoperto immediatamente le nanoparticelle di PEG-HCC e hanno completamente spento l'attività del superossido e hanno permesso al sistema di autoregolazione di ritrovare rapidamente il suo equilibrio. Tour ha detto che le molecole di ROS si combinano facilmente con i PEG-HCC, generando "un innocuo doppio legame di carbonio, quindi è davvero un annientamento radicale. Non esiste un meccanismo del genere in biologia." Mentre un enzima SOD può alterare solo una molecola di superossido alla volta, un singolo PEG-HCC delle dimensioni di una grande proteina a 2-3 nanometri di larghezza e 30-40 nanometri di lunghezza può estinguere centinaia o migliaia. "Questa è un'occasione in cui un pacchetto di dimensioni nanometriche sta facendo qualcosa che nessun piccolo farmaco o proteina potrebbe fare, sottolineando l'efficacia dei nanofarmaci attivi".

"Questa è la cosa più straordinariamente efficace che abbia mai visto, " ha detto Kent. "Letteralmente in pochi minuti dall'iniezione, il flusso sanguigno cerebrale è tornato alla normalità, e possiamo tenerlo lì con una semplice seconda iniezione. Alla fine, abbiamo normalizzato i radicali liberi preservando l'ossido nitrico (che è essenziale per l'autoregolazione). Queste particelle hanno mostrato il meccanismo antiossidante che avevamo precedentemente identificato come predittivo dell'efficacia".

I primi indizi sui poteri antiossidanti del PEG-HCC sono arrivati ​​durante gli studi sulla tossicità delle nanoparticelle con l'MD Anderson Cancer Center. "Abbiamo notato che hanno abbassato la fosfatasi alcalina nel fegato, " Tour ha detto. "Uno dei nostri colleghi Baylor ha visto questo e ha detto, 'Hey, sembra che in realtà stia facendo vivere le cellule del fegato più a lungo del normale.'

"La distruzione ossidativa delle cellule epatiche è normale, quindi questo ci ha portato a pensare che questi potrebbero essere degli ottimi spazzini radicali, " Disse Giro.

Kent ha affermato che le nanoparticelle testate non hanno mostrato segni di tossicità, ma eventuali dubbi residui dovrebbero essere risolti con ulteriori test. I ricercatori hanno scoperto che l'emivita dei PEG-HCC nel sangue – la quantità di tempo necessaria affinché metà delle particelle lascino il corpo – è compresa tra due e tre ore. I test con diversi tipi di cellule in vitro non hanno mostrato tossicità, Egli ha detto.

La ricerca ha implicazioni anche per le vittime di ictus e per i pazienti sottoposti a trapianto di organi, Tour ha detto.

Prossimo, il team spera che un altro laboratorio replichi i suoi risultati positivi. "L'abbiamo ripetuto ora tre volte, e abbiamo ottenuto gli stessi risultati, quindi siamo sicuri che questo funzioni nelle nostre mani, " ha detto Kent.