Le nanoparticelle iniettabili che potrebbero proteggere una persona ferita da ulteriori danni dovuti allo stress ossidativo si sono dimostrate sorprendentemente efficaci nei test per studiarne il meccanismo.

Scienziati della Rice University, Il Baylor College of Medicine e l'Università del Texas Health Science Center a Houston (UTHealth) Medical School hanno progettato metodi per convalidare la loro scoperta del 2012 secondo cui i cluster di carbonio idrofili di glicole polietilenico combinati, noti come PEG-HCC, potrebbero arginare rapidamente il processo di sovraossidazione che può causare danni nei minuti e nelle ore successive a un infortunio.

I test hanno rivelato che una singola nanoparticella può catalizzare rapidamente la neutralizzazione di migliaia di molecole dannose di specie reattive dell'ossigeno che sono sovraespresse dalle cellule del corpo in risposta a una lesione e trasformano le molecole in ossigeno. Queste specie reattive possono danneggiare le cellule e causare mutazioni, ma i PEG-HCC sembrano avere un'enorme capacità di trasformarli in sostanze meno reattive.

I ricercatori sperano in un'iniezione di PEG-HCC il prima possibile dopo un infortunio, come lesioni cerebrali traumatiche o ictus, può mitigare ulteriori danni cerebrali ripristinando i normali livelli di ossigeno nel sistema circolatorio sensibile del cervello.

I risultati sono stati riportati oggi nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Effettivamente, riportano il livello delle specie reattive dell'ossigeno alla normalità quasi istantaneamente, ", ha affermato il chimico della Rice, James Tour. "Questo potrebbe essere uno strumento utile per i soccorritori che hanno bisogno di stabilizzare rapidamente una vittima di un incidente o di un attacco di cuore o di curare i soldati sul campo di battaglia". Tour ha condotto il nuovo studio con il neurologo Thomas Kent di Baylor College of Medicine e biochimico Ah-Lim Tsai di UTHealth.

I PEG-HCC sono larghi circa 3 nanometri e lunghi da 30 a 40 nanometri e contengono da 2, 000 a 5, 000 atomi di carbonio. Nei test, una singola nanoparticella PEG-HCC può catalizzare la conversione di 20, Da 000 a un milione di molecole di specie reattive dell'ossigeno al secondo in ossigeno molecolare, di cui hanno bisogno i tessuti danneggiati, e perossido di idrogeno durante l'estinzione di intermedi reattivi.

Tour e Kent hanno condotto la precedente ricerca che ha determinato che un'infusione di PEG-HCC non tossici può stabilizzare rapidamente il flusso sanguigno nel cervello e proteggere dalle molecole di specie reattive dell'ossigeno sovraespresse dalle cellule durante un trauma medico, soprattutto se accompagnato da una massiccia perdita di sangue.

La loro ricerca ha preso di mira lesioni cerebrali traumatiche, dopodiché le cellule rilasciano una quantità eccessiva di specie reattive dell'ossigeno note come superossido nel sangue. Questi radicali liberi tossici sono molecole con un elettrone spaiato che il sistema immunitario utilizza per uccidere i microrganismi invasori. In piccole concentrazioni, contribuiscono alla normale regolazione energetica di una cellula. In genere, sono tenuti sotto controllo dalla superossido dismutasi, un enzima che neutralizza i superossidi.

Ma anche traumi lievi possono rilasciare abbastanza superossidi da sopraffare le difese naturali del cervello. A sua volta, i superossidi possono formare altre specie reattive dell'ossigeno come il perossinitrito che causano ulteriori danni.

"La ricerca attuale mostra che i PEG-HCC funzionano in modo catalitico, estremamente rapidamente e con un'enorme capacità di neutralizzare migliaia e migliaia di molecole deleterie, in particolare i radicali superossido e idrossile che distruggono il tessuto normale quando non sono regolati, " Disse Giro.

"Questo sarà importante non solo nella lesione cerebrale traumatica e nel trattamento dell'ictus, ma per molte lesioni acute di qualsiasi organo o tessuto e in procedure mediche come il trapianto di organi, " ha detto. "Ogni volta che il tessuto è stressato e quindi affamato di ossigeno, il superossido può formarsi per attaccare ulteriormente il tessuto buono circostante".

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica che ottiene informazioni dirette sulla struttura e sulla velocità dei radicali superossido contando gli elettroni spaiati in presenza o assenza di antiossidanti PEG-HCC. Un altro test con un elettrodo di rilevamento dell'ossigeno, la perossidasi e un colorante rosso hanno confermato la capacità delle particelle di catalizzare la conversione del superossido.

"In netto contrasto con la ben nota superossido dismutasi, PEG-HCC non è una proteina e non ha metallo per svolgere il ruolo catalitico, " disse Tsai. "L'efficiente turnover catalitico potrebbe essere dovuto alla sua piu' planare, ' nucleo di carbonio altamente coniugato."

I test hanno mostrato che il numero di superossidi consumati ha superato di gran lunga il numero di possibili siti di legame PEG-HCC. I ricercatori hanno scoperto che le particelle non hanno alcun effetto su importanti ossidi di azoto che mantengono dilatati i vasi sanguigni e aiutano la neurotrasmissione e la protezione delle cellule, né l'efficienza era sensibile alle variazioni di pH.

"I PEG-HCC hanno un'enorme capacità di convertire il superossido in ossigeno e la capacità di spegnere gli intermedi reattivi senza influenzare le molecole di ossido nitrico che sono utili in quantità normali, "Kent ha detto. "Quindi occupano un posto unico nel nostro potenziale armamentario contro una serie di malattie che comportano la perdita di ossigeno e livelli dannosi di radicali liberi".

Lo studio ha anche determinato che i PEG-HCC rimangono stabili, in quanto i lotti fino a 3 mesi di età si sono comportati come nuovi.