Las partículas tratadas de grafeno derivadas de nanotubos de carbono han demostrado un potencial notable como antioxidantes que salvan vidas. pero tan pequeños como son, se tuvo que crear algo aún más pequeño para descubrir por qué funcionan tan bien.

Investigadores de la Universidad de Rice, La Escuela de Medicina McGovern del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston (UTHealth) y la Facultad de Medicina de Baylor crearon compuestos de una sola molécula que también apagan las especies de oxígeno reactivo (ROS) dañinas, pero son mucho más fáciles de analizar utilizando herramientas científicas estándar. Las moléculas pueden convertirse en la base de nuevas terapias antioxidantes por derecho propio.

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

Los compuestos originales son racimos de carbono hidrófilos funcionalizados con polietilenglicol, conocido como PEG-HCC y creado por los científicos de Rice y Baylor hace cinco años. Las partículas ayudan a neutralizar las moléculas ROS sobreexpresadas por las células del cuerpo en respuesta a una lesión antes de que dañen las células o provoquen mutaciones.

Los PEG-HCC son prometedores para el tratamiento del cáncer, reiniciar el flujo sanguíneo en el cerebro después de una lesión traumática y controlar las enfermedades crónicas.

Las nuevas partículas llamado PEG-PDI, constan de polietilenglicol y diimida de perileno, un compuesto utilizado como tinte, el color en la pintura roja del coche y en las células solares por sus propiedades de absorción de luz. Su capacidad para aceptar electrones de otras moléculas los hace funcionalmente similares a los PEG-HCC. Están lo suficientemente cerca como para servir como análogos para experimentos, según el químico de Rice James Tour, quien dirigió el estudio con el bioquímico Ah-Lim Tsai de la Universidad de Texas.

Los investigadores escribieron que la molécula no es solo el primer ejemplo de un pequeño análogo molecular de PEG-HCC, pero también representa el primer aislamiento exitoso de un anión radical PDI como un solo cristal, lo que permite capturar su estructura con cristalografía de rayos X.

"Esto nos permite ver la estructura de estas partículas activas, ", Dijo Tour." Podemos obtener una vista de cada átomo y las distancias entre ellos, y obtener mucha información sobre cómo estas moléculas apagan los oxidantes destructivos en el tejido biológico.

"Mucha gente obtiene estructuras cristalinas para compuestos estables, pero este es un intermedio transitorio durante una reacción catalítica, ", dijo." Ser capaz de cristalizar un intermedio reactivo como ese es asombroso ".

Los PEG-HCC tienen aproximadamente 3 nanómetros de ancho y 30 a 40 nanómetros de largo. En comparación, Las moléculas de PEG-PDI mucho más simples tienen menos de un nanómetro de ancho y largo.

Las moléculas de PEG-PDI son verdaderos imitadores de las enzimas superóxido dismutasa, antioxidantes protectores que descomponen los radicales superóxido tóxicos en oxígeno molecular inofensivo y peróxido de hidrógeno. Las moléculas extraen electrones de ROS inestables y catalizan su transformación en especies menos reactivas.

Probar las moléculas de PEG-PDI puede ser tan simple como ponerlas en una solución que contenga moléculas de especies reactivas de oxígeno como el superóxido de potasio y observar cómo la solución cambia de color. La caracterización adicional con espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica fue más complicada, pero el hecho de que sea posible los convierte en herramientas poderosas para resolver detalles mecánicos, dijeron los investigadores.

Tour dijo que agregar polietilenglicol hace que las moléculas sean solubles y también aumenta la cantidad de tiempo que permanecen en el torrente sanguíneo. "Sin PEG, simplemente salen del sistema a través de los riñones, ", dijo. Cuando se agregan los grupos PEG, las moléculas circulan más tiempo y continúan catalizando reacciones.

Dijo que PEG-PDI es tan eficaz como PEG-HCC si se mide por peso. "Debido a que tienen mucha más superficie, Las partículas de PEG-HCC probablemente catalizan más reacciones paralelas por partícula, ", Dijo Tour." Pero si los comparas con PEG-PDI por peso, son bastante similares en actividad catalítica total ".

Comprender la estructura de PEG-PDI debería permitir a los investigadores personalizar la molécula para las aplicaciones. "Deberíamos tener una enorme capacidad para modificar la estructura de la molécula, ", dijo." Podemos agregar lo que queramos, exactamente donde queremos, para terapias específicas ".

Los investigadores dijeron que PEG-PDI también puede ser catalizadores eficientes sin metales y proteínas para reacciones de reducción de oxígeno que se usan en la industria y que son esenciales para las pilas de combustible. Son intrínsecamente más estables que las enzimas y pueden funcionar en un rango de pH mucho más amplio. Dijo Tsai.

Coautor Thomas Kent, un profesor de neurología en Baylor que ha trabajado en el proyecto desde el principio, señaló que las moléculas pequeñas tienen más posibilidades de avanzar rápidamente hacia la aprobación de la terapia por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos que los agentes basados ​​en nanotubos. "Una molécula pequeña que no se deriva de un nanomaterial más grande puede tener más posibilidades de ser aprobada para su uso en humanos, suponiendo que sea seguro y eficaz, " él dijo.

Tour dijo que PEG-PDI sirve como un modelo preciso para otros derivados del grafeno como el óxido de grafeno y permite un estudio más detallado de los nanomateriales basados ​​en grafeno. "Reducir el tamaño de los nanomateriales, de moléculas bien definidas, permite 150 años de métodos de química sintética para abordar las cuestiones mecanicistas dentro de la nanotecnología, " él dijo.