Los científicos de la Universidad de Rice están mejorando las propiedades antioxidantes naturales de un elemento que se encuentra en el convertidor catalítico de un automóvil para que sea útil para aplicaciones médicas.

La química del arroz Vicki Colvin dirigió un equipo que creó pequeños esferas uniformes de óxido de cerio y les dio una fina capa de ácido oleico graso para hacerlas biocompatibles. Los investigadores dicen que su descubrimiento tiene el potencial de ayudar a tratar la lesión cerebral traumática, Pacientes con paro cardíaco y Alzheimer y puede protegerse contra los efectos secundarios inducidos por la radiación que sufren los pacientes con cáncer.

Sus nanopartículas también tienen el potencial de proteger a los astronautas de la exposición prolongada a la radiación en el espacio y tal vez incluso retrasar los efectos del envejecimiento. ellos informaron.

La investigación aparece este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano .

Los nanocristales de óxido de cerio tienen la capacidad de absorber y liberar iones de oxígeno, una reacción química conocida como oxidación por reducción, o redox, para abreviar. Es el mismo proceso que permite a los convertidores catalíticos de los automóviles absorber y eliminar contaminantes.

Las partículas producidas en Rice son lo suficientemente pequeñas como para inyectarse en el torrente sanguíneo cuando los órganos necesitan protección contra la oxidación. particularmente después de lesiones traumáticas, cuando las especies reactivas de oxígeno dañinas (ROS) aumentan drásticamente.

Las partículas de cerio se ponen a trabajar inmediatamente, absorber los radicales libres ROS, y continúan funcionando con el tiempo a medida que las partículas vuelven a su estado inicial, un proceso que sigue siendo un misterio, ella dijo. Las especies de oxígeno liberadas en el proceso "no serán súper reactivas, " ella dijo.

Colvin dijo óxido de cerio, una forma del cerio, un metal de tierras raras, permanece relativamente estable mientras cicla entre el óxido de cerio III y IV. En el primer estado, las nanopartículas tienen huecos en su superficie que absorben los iones de oxígeno como una esponja. Cuando el óxido de cerio III se mezcla con radicales libres, cataliza una reacción que desangra eficazmente los ROS al capturar átomos de oxígeno y convertirlos en óxido de cerio IV. Ella dijo que las partículas de óxido de cerio IV liberan lentamente su oxígeno capturado y vuelven a óxido de cerio III, y puede descomponer los radicales libres una y otra vez.

Colvin dijo que el pequeño tamaño de las nanopartículas las convierte en captadores efectivos de oxígeno.

"Cuanto más pequeñas son las partículas, cuanta más superficie tengan disponible para capturar radicales libres, "Dijo Colvin." Un gramo de estas nanopartículas puede tener el área de superficie de un campo de fútbol, y eso proporciona mucho espacio para absorber oxígeno ".

Ninguna de las partículas de óxido de cerio producidas antes de que Rice abordara el problema era lo suficientemente estable como para ser utilizada en entornos biológicos. ella dijo. "Creamos partículas uniformes cuyas superficies están muy bien definidas, y encontramos un método de producción sin agua para maximizar los espacios de superficie disponibles para la captación de oxígeno ".

Colvin dijo que es relativamente sencillo agregar un recubrimiento de polímero a las esferas de 3.8 nanómetros. El recubrimiento es lo suficientemente delgado como para permitir que el oxígeno pase a través de la partícula, pero lo suficientemente robusto para protegerlo a través de muchos ciclos de absorción de ROS.

Al probar con peróxido de hidrógeno, un agente oxidante fuerte, los investigadores encontraron que sus nanopartículas de óxido de cerio III más efectivas funcionaron nueve veces mejor que un antioxidante común, Trolox, en la primera exposición, y se mantuvo bien durante 20 ciclos redox.

"El siguiente paso lógico para nosotros es realizar una orientación pasiva, "Dijo Colvin." Para eso, planeamos unir anticuerpos a la superficie de las nanopartículas para que se sientan atraídas por tipos de células particulares, y evaluaremos estas partículas modificadas en entornos biológicos más realistas ".

Colvin está muy emocionado por el potencial de ayudar a los pacientes con cáncer que se someten a radioterapia.

"Los radioprotectores existentes deben administrarse en dosis increíblemente altas, ", dijo." Tienen sus propios efectos secundarios, y no hay muchas opciones excelentes ".

Ella dijo que un antioxidante autorrenovable que puede permanecer en su lugar para proteger los órganos tendría claros beneficios sobre los radioprotectores tóxicos que deben eliminarse del cuerpo antes de que dañen el tejido sano.

"Probablemente lo mejor de esto es que gran parte de la nanomedicina se ha centrado en explotar las propiedades magnéticas y ópticas de los nanomateriales, y tenemos grandes ejemplos de eso en Rice, ", Dijo Colvin." Pero las propiedades especiales de las nanopartículas rara vez se han aprovechado en aplicaciones médicas.

"Lo que me gusta de este trabajo es que abre una parte de la nanoquímica, es decir, la catálisis, al mundo médico. Cerio III y IV son lanzaderas de electrones que tienen amplias aplicaciones si podemos hacer que la química sea accesible en un entorno biológico.

"Y de todas las cosas, este humilde material proviene de un catalizador, " ella dijo.