Nanopartículas injetáveis ​​que poderiam proteger uma pessoa ferida de danos adicionais devido ao estresse oxidativo provaram ser incrivelmente eficazes em testes para estudar seu mecanismo.

Cientistas da Rice University, O Baylor College of Medicine e o University of Texas Health Science Center em Houston (UTHealth) Medical School desenvolveram métodos para validar sua descoberta de 2012 de que os aglomerados de polietilenoglicol-carbono hidrofílico - conhecidos como PEG-HCCs - poderiam rapidamente interromper o processo de superoxidação que pode causar danos minutos e horas após uma lesão.

Os testes revelaram que uma única nanopartícula pode catalisar rapidamente a neutralização de milhares de moléculas de espécies reativas de oxigênio que são superexpressas pelas células do corpo em resposta a uma lesão e transformar as moléculas em oxigênio. Essas espécies reativas podem danificar células e causar mutações, mas os PEG-HCCs parecem ter uma enorme capacidade de transformá-los em substâncias menos reativas.

Os pesquisadores esperam uma injeção de PEG-HCCs o mais rápido possível após uma lesão, como lesão cerebral traumática ou acidente vascular cerebral, pode mitigar mais danos cerebrais, restaurando os níveis normais de oxigênio para o sensível sistema circulatório do cérebro.

Os resultados foram relatados hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Efetivamente, eles trazem o nível de espécies reativas de oxigênio de volta ao normal quase que instantaneamente, "disse o químico da Rice James Tour." Esta pode ser uma ferramenta útil para socorristas que precisam estabilizar rapidamente uma vítima de acidente ou ataque cardíaco ou para tratar soldados no campo de batalha. "Tour conduziu o novo estudo com o neurologista Thomas Kent de Baylor Faculdade de Medicina e bioquímico Ah-Lim Tsai, da UTHealth.

Os PEG-HCCs têm cerca de 3 nanômetros de largura e 30 a 40 nanômetros de comprimento e contêm de 2, 000 a 5, 000 átomos de carbono. Em testes, uma nanopartícula de PEG-HCC individual pode catalisar a conversão de 20, 000 a um milhão de moléculas de espécies reativas de oxigênio por segundo em oxigênio molecular, que os tecidos danificados precisam, e peróxido de hidrogênio enquanto extingue intermediários reativos.

Tour e Kent lideraram a pesquisa anterior que determinou que uma infusão de PEG-HCCs não tóxicos pode estabilizar rapidamente o fluxo sanguíneo no cérebro e proteger contra moléculas de espécies reativas de oxigênio superexpressas por células durante um trauma médico. especialmente quando acompanhada por perda maciça de sangue.

Sua pesquisa teve como alvo lesões cerebrais traumáticas, depois disso, as células liberam no sangue uma quantidade excessiva das espécies reativas de oxigênio conhecidas como superóxido. Esses radicais livres tóxicos são moléculas com um elétron desemparelhado que o sistema imunológico usa para matar microorganismos invasores. Em pequenas concentrações, eles contribuem para a regulação normal da energia de uma célula. Geralmente, eles são mantidos sob controle pela superóxido dismutase, uma enzima que neutraliza superóxidos.

Mas mesmo traumas leves podem liberar superóxidos suficientes para sobrecarregar as defesas naturais do cérebro. Por sua vez, os superóxidos podem formar outras espécies reativas de oxigênio, como o peroxinitrito, que causam mais danos.

"A pesquisa atual mostra que os PEG-HCCs funcionam cataliticamente, extremamente rápido e com uma enorme capacidade de neutralizar milhares e milhares de moléculas deletérias, particularmente os radicais superóxido e hidroxila que destroem o tecido normal quando deixados desregulados, "Tour disse.

"Isso será importante não apenas no tratamento de lesões cerebrais traumáticas e derrames, mas para muitas lesões agudas de qualquer órgão ou tecido e em procedimentos médicos, como transplante de órgãos, "disse ele." Sempre que o tecido está estressado e, portanto, sem oxigênio, o superóxido pode se formar para atacar ainda mais o tecido bom circundante. "

Os pesquisadores usaram uma técnica de espectroscopia de ressonância paramagnética de elétrons que obtém a estrutura direta e informações de taxa para radicais superóxidos, contando elétrons desemparelhados na presença ou ausência de antioxidantes PEG-HCC. Outro teste com um eletrodo sensor de oxigênio, a peroxidase e um corante vermelho confirmaram a capacidade das partículas de catalisar a conversão do superóxido.

"Em nítido contraste com a conhecida superóxido dismutase, O PEG-HCC não é uma proteína e não possui metal para desempenhar o papel catalítico, "Disse Tsai." O giro catalítico eficiente pode ser devido ao fato de ser mais 'planar, 'núcleo de carbono altamente conjugado. "

Os testes mostraram que o número de superóxidos consumidos ultrapassou em muito o número de locais de ligação PEG-HCC possíveis. Os pesquisadores descobriram que as partículas não têm efeito sobre os óxidos nítricos importantes que mantêm os vasos sanguíneos dilatados e auxiliam na neurotransmissão e proteção celular, nem era a eficiência sensível às mudanças de pH.

"Os PEG-HCCs têm uma enorme capacidade de converter superóxido em oxigênio e de extinguir intermediários reativos, sem afetar as moléculas de óxido nítrico que são benéficas em quantidades normais, "Kent disse." Portanto, eles ocupam um lugar único em nosso potencial arsenal contra uma série de doenças que envolvem a perda de oxigênio e níveis prejudiciais de radicais livres.

O estudo também determinou que os PEG-HCCs permanecem estáveis, já que os lotes com até 3 meses funcionavam como novos.