Las nanopartículas inyectables que podrían proteger a una persona lesionada de un daño mayor debido al estrés oxidativo han demostrado ser asombrosamente efectivas en pruebas para estudiar su mecanismo.

Científicos de la Universidad de Rice, Baylor College of Medicine y la Facultad de Medicina del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston (UTHealth) diseñaron métodos para validar su descubrimiento de 2012 de que los grupos combinados de polietilenglicol-carbono hidrofílico, conocidos como PEG-HCC, podrían detener rápidamente el proceso de sobreoxidación que puede causar daños en los minutos y horas posteriores a una lesión.

Las pruebas revelaron que una sola nanopartícula puede catalizar rápidamente la neutralización de miles de moléculas de especies reactivas de oxígeno dañinas que son sobreexpresadas por las células del cuerpo en respuesta a una lesión y convertir las moléculas en oxígeno. Estas especies reactivas pueden dañar las células y causar mutaciones, pero los PEG-HCC parecen tener una enorme capacidad para convertirlos en sustancias menos reactivas.

Los investigadores esperan una inyección de PEG-HCC lo antes posible después de una lesión, como una lesión cerebral traumática o un derrame cerebral, puede mitigar un mayor daño cerebral al restaurar los niveles normales de oxígeno en el sistema circulatorio sensible del cerebro.

Los resultados se informaron hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Efectivamente, hacen que el nivel de especies reactivas de oxígeno vuelva a la normalidad casi al instante, ", dijo el químico de Rice James Tour." Esta podría ser una herramienta útil para los servicios de emergencia que necesitan estabilizar rápidamente una víctima de accidente o ataque cardíaco o para tratar a los soldados en el campo de batalla ". Tour dirigió el nuevo estudio con el neurólogo Thomas Kent de Baylor Facultad de Medicina y bioquímica Ah-Lim Tsai de UTHealth.

Los PEG-HCC tienen aproximadamente 3 nanómetros de ancho y 30 a 40 nanómetros de largo y contienen de 2, 000 a 5, 000 átomos de carbono. En pruebas, una nanopartícula de PEG-HCC individual puede catalizar la conversión de 20, 000 a un millón de moléculas de especies reactivas de oxígeno por segundo en oxígeno molecular, que necesitan los tejidos dañados, y peróxido de hidrógeno mientras se apagan los intermedios reactivos.

Tour y Kent dirigieron la investigación anterior que determinó que una infusión de PEG-HCC no tóxicos puede estabilizar rápidamente el flujo sanguíneo en el cerebro y proteger contra las moléculas de especies reactivas de oxígeno sobreexpresadas por las células durante un trauma médico. especialmente cuando se acompaña de una pérdida masiva de sangre.

Su investigación se centró en las lesiones cerebrales traumáticas, después de lo cual las células liberan una cantidad excesiva de la especie de oxígeno reactivo conocida como superóxido en la sangre. Estos radicales libres tóxicos son moléculas con un electrón desapareado que el sistema inmunológico usa para matar los microorganismos invasores. En pequeñas concentraciones, contribuyen a la regulación energética normal de una célula. Generalmente, se mantienen bajo control por la superóxido dismutasa, una enzima que neutraliza los superóxidos.

Pero incluso los traumatismos leves pueden liberar suficientes superóxidos para abrumar las defensas naturales del cerebro. Sucesivamente, los superóxidos pueden formar otras especies reactivas de oxígeno como el peroxinitrito que causan más daño.

"La investigación actual muestra que los PEG-HCC funcionan catalíticamente, extremadamente rápido y con una enorme capacidad para neutralizar miles y miles de moléculas deletéreas, particularmente los radicales superóxido e hidroxilo que destruyen el tejido normal cuando no se regulan, "Dijo Tour.

"Esto será importante no solo en el tratamiento de lesiones cerebrales traumáticas y accidentes cerebrovasculares, pero para muchas lesiones agudas de cualquier órgano o tejido y en procedimientos médicos como el trasplante de órganos, ", dijo." Cada vez que el tejido está estresado y, por lo tanto, hambriento de oxígeno, se puede formar superóxido para atacar aún más el tejido bueno circundante ".

Los investigadores utilizaron una técnica de espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica que obtiene información directa sobre la estructura y la velocidad de los radicales superóxido contando electrones no apareados en presencia o ausencia de antioxidantes PEG-HCC. Otra prueba con un electrodo sensor de oxígeno, peroxidasa y un tinte rojo confirmaron la capacidad de las partículas para catalizar la conversión de superóxido.

"En marcado contraste con la conocida superóxido dismutasa, PEG-HCC no es una proteína y no tiene metal para cumplir la función catalítica, "Tsai dijo." La eficiente rotación catalítica podría deberse a su más 'planar, "núcleo de carbono altamente conjugado".

Las pruebas mostraron que el número de superóxidos consumidos superó con creces el número de posibles sitios de unión PEG-HCC. Los investigadores encontraron que las partículas no tienen ningún efecto sobre los óxidos nítricos importantes que mantienen los vasos sanguíneos dilatados y ayudan a la neurotransmisión y la protección celular. tampoco la eficiencia fue sensible a los cambios de pH.

"Los PEG-HCC tienen una enorme capacidad para convertir superóxido en oxígeno y la capacidad de apagar intermedios reactivos sin afectar las moléculas de óxido nítrico que son beneficiosas en cantidades normales, "Dijo Kent." Así que ocupan un lugar único en nuestro potencial arsenal contra una variedad de enfermedades que implican pérdida de oxígeno y niveles dañinos de radicales libres ".

El estudio también determinó que los PEG-HCC permanecen estables, ya que los lotes de hasta 3 meses funcionaron como nuevos.