p Partículas tratadas de grafeno derivadas de nanotubos de carbono demonstraram potencial notável como antioxidantes que salvam vidas, mas tão pequenos como eles são, algo ainda menor teve que ser criado para descobrir por que eles funcionam tão bem. p Pesquisadores da Rice University, a McGovern Medical School do University of Texas Health Science Center em Houston (UTHealth) e o Baylor College of Medicine criaram compostos de molécula única que também extinguem espécies reativas de oxigênio (ROS), mas são muito mais fáceis de analisar usando ferramentas científicas padrão. As moléculas podem se tornar a base para novas terapias antioxidantes por si mesmas.

p A pesquisa aparece na revista American Chemical Society ACS Nano .

p Os compostos originais são aglomerados de carbono hidrofílicos funcionalizados com polietilenoglicol, conhecido como PEG-HCCs e criado pelos cientistas Rice e Baylor há cinco anos. As partículas ajudam a neutralizar as moléculas ROS superexpressas pelas células do corpo em resposta a uma lesão antes que elas danifiquem as células ou causem mutações.

p PEG-HCCs são promissores para o tratamento do câncer, reiniciar o fluxo sanguíneo no cérebro após lesão traumática e controlar doenças crônicas.

p As novas partículas, chamado PEG-PDI, consistem em polietilenoglicol e perilenodiimida, um composto usado como corante, a cor na pintura vermelha do carro e nas células solares por suas propriedades de absorção de luz. Sua capacidade de aceitar elétrons de outras moléculas os torna funcionalmente semelhantes aos PEG-HCCs. Eles estão próximos o suficiente para servir como um analógico para experimentos, de acordo com o químico da Rice James Tour, que liderou o estudo com o bioquímico da Universidade do Texas, Ah-Lim Tsai.

p Os pesquisadores escreveram que a molécula não é apenas o primeiro exemplo de um pequeno análogo molecular de PEG-HCCs, mas também representa o primeiro isolamento bem-sucedido de um ânion radical PDI como um único cristal, o que permite que sua estrutura seja capturada com cristalografia de raios-X.

p "Isso nos permite ver a estrutura dessas partículas ativas, "Tour disse." Podemos ter uma visão de cada átomo e as distâncias entre eles, e obter muitas informações sobre como essas moléculas extinguem oxidantes destrutivos no tecido biológico.

p "Muitas pessoas obtêm estruturas de cristal para compostos estáveis, mas este é um intermediário transitório durante uma reação catalítica, "ele disse." Ser capaz de cristalizar um intermediário reativo como esse é incrível. "

p Os PEG-HCCs têm cerca de 3 nanômetros de largura e 30 a 40 nanômetros de comprimento. Por comparação, moléculas de PEG-PDI muito mais simples têm menos de um nanômetro de largura e comprimento.

p As moléculas de PEG-PDI são verdadeiras imitações das enzimas superóxido dismutase, antioxidantes protetores que quebram os radicais superóxidos tóxicos em oxigênio molecular inofensivo e peróxido de hidrogênio. As moléculas puxam elétrons de ROS instáveis ​​e catalisam sua transformação em espécies menos reativas.

p Testar as moléculas de PEG-PDI pode ser tão simples quanto colocá-las em uma solução que contém moléculas de espécies reativas de oxigênio, como o superóxido de potássio, e observar a mudança de cor da solução. A caracterização adicional com espectroscopia de ressonância paramagnética de elétrons foi mais complicada, mas o fato de ser possível torna-os ferramentas poderosas na resolução de detalhes mecanísticos, disseram os pesquisadores.

p Tour disse que adicionar polietilenoglicol torna as moléculas solúveis e também aumenta a quantidade de tempo que permanecem na corrente sanguínea. "Sem PEG, eles simplesmente saem do sistema pelos rins, "disse ele. Quando os grupos PEG são adicionados, as moléculas circulam por mais tempo e continuam a catalisar reações.

p Ele disse que o PEG-PDI é tão eficaz quanto o PEG-HCCs se medido pelo peso. "Porque eles têm muito mais área de superfície, Partículas de PEG-HCC provavelmente catalisam reações mais paralelas por partícula, "Tour disse." Mas se você comparar com o PEG-PDI por peso, eles são bastante semelhantes em atividade catalítica total. "

p Compreender a estrutura do PEG-PDI deve permitir aos pesquisadores personalizar a molécula para aplicações. "Devemos ter uma tremenda capacidade de modificar a estrutura da molécula, "disse ele." Podemos adicionar o que quisermos, exatamente onde queremos, para terapias específicas. "

p Os pesquisadores disseram que o PEG-PDI também pode ser um catalisador livre de metal e proteína eficiente para reações de redução de oxigênio usadas na indústria e essenciais para células de combustível. Eles são intrinsecamente mais estáveis ​​do que as enzimas e podem funcionar em uma faixa de pH muito mais ampla, Disse Tsai.

p Co-autor Thomas Kent, um professor de neurologia em Baylor que trabalhou no projeto desde o início, observaram que pequenas moléculas têm uma chance melhor de acelerar a aprovação da terapia pela Food and Drug Administration do que os agentes baseados em nanotubos. "Uma pequena molécula que não é derivada de um nanomaterial maior pode ter uma melhor chance de aprovação para uso em humanos, presumindo que seja seguro e eficaz, " ele disse.

p Tour disse que PEG-PDI serve como um modelo preciso para outros derivados de grafeno como óxido de grafeno e permite um estudo mais detalhado de nanomateriais à base de grafeno. "Fazendo nanomateriais menores, de moléculas bem definidas, permite 150 anos de métodos de química sintética para abordar as questões mecanicistas dentro da nanotecnologia, " ele disse.