El químico James Tour de la Universidad de Rice sostiene carbón y un vial de puntos cuánticos de grafeno derivados del carbón. Los puntos se han modificado para su uso como antioxidante eficaz. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los puntos cuánticos de grafeno extraídos del carbón común pueden ser la base de un antioxidante eficaz para las personas que sufren lesiones cerebrales traumáticas. accidentes cerebrovasculares o ataques cardíacos.
Su capacidad para mitigar el estrés oxidativo después de tales lesiones es el tema de un estudio realizado por científicos de la Universidad de Rice. el Centro de Ciencias de la Salud de Texas A&M y la Escuela de Medicina McGovern del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston (UTHealth).
Los puntos cuánticos son materiales semiconductores lo suficientemente pequeños como para exhibir propiedades mecánicas cuánticas que solo aparecen a nanoescala.
El químico de arroz James Tour, El neurólogo de A&M Thomas Kent y el bioquímico de UTHealth Ah-Lim Tsai y sus equipos encontraron los puntos biocompatibles, cuando se modifica con un polímero común, son imitaciones efectivas de la superóxido dismutasa del propio cuerpo, una de las muchas enzimas naturales que controlan el estrés oxidativo.
Pero debido a que los antioxidantes naturales pueden verse abrumados por la rápida producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que se apresuran a curar una lesión, el equipo ha estado trabajando durante años para ver si una inyección rápida de nanomateriales reactivos puede limitar el daño colateral que estos radicales libres pueden causar a las células sanas.
Un estudio anterior del trío mostró que los grupos hidrófilos modificados con polietilenglicol (PEG) para mejorar su solubilidad y estabilidad biológica son efectivos para apagar el estrés oxidativo. como una sola nanopartícula tenía la capacidad de neutralizar miles de moléculas ROS.
La estructura química de un punto cuántico de grafeno derivado del carbón. Los puntos se sintetizaron por primera vez en la Universidad de Rice para obtener imágenes médicas, sintiendo aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas, pero ahora se han modificado para su posible uso como antioxidantes inyectables. Crédito:Tour Group / Rice University
“Reemplazar nuestras nanopartículas anteriores con puntos cuánticos derivados del carbón hace que sea mucho más simple y menos costoso producir estos materiales potencialmente terapéuticos, ", Dijo Tour." Abre la puerta a terapias más accesibles ".
Las pruebas en líneas celulares mostraron que una mezcla de puntos cuánticos de PEG y grafeno de carbón común es tan efectiva para detener el daño de superóxido y peróxidos de hidrógeno como los materiales anteriores. pero los puntos en sí son más parecidos a discos que los racimos en forma de cinta.
Los resultados aparecen en la revista American Chemical Society Interfaces y materiales aplicados ACS .
El laboratorio Tour extrajo por primera vez puntos cuánticos del carbón en 2013 e informó sobre su potencial para la obtención de imágenes médicas. sintiendo aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas. Un estudio posterior mostró cómo se pueden diseñar para propiedades semiconductoras específicas.
En el nuevo estudio, los investigadores evaluaron la electroquímica de los puntos, actividad química y biológica. El laboratorio de Rice extrajo químicamente puntos cuánticos de carbón bituminoso y antracita de bajo costo, los modificó con el polímero y probó sus capacidades en células vivas de roedores.
Puntos cuánticos de grafeno derivados del carbón vistos bajo un microscopio electrónico. Los científicos de la Universidad de Rice han modificado los puntos para que sirvan como antioxidantes. Crédito:Tour Group / Rice University
Los resultados mostraron que las dosis de puntos cuánticos en diversas concentraciones fueron altamente efectivas para proteger a las células de la oxidación. incluso si las dosis se retrasaron 15 minutos después de que los investigadores agregaron peróxido de hidrógeno dañino a las placas de cultivo celular.
El disco como Los puntos cuánticos bituminosos de 3-5 nanómetros son más pequeños que los puntos de antracita de 10-20 nanómetros. Los investigadores encontraron que el nivel de protección dependía de la dosis para ambos tipos de partículas, pero que los puntos más grandes derivados de la antracita protegían más células en concentraciones más bajas.
"Aunque ambos trabajan en celdas, en vivo, los más pequeños son más efectivos, "Dijo Tour." Es probable que los más grandes también tengan problemas para acceder al cerebro ".
