Ilustración esquemática de nanocristales de CeO2 / Mn3O4 altamente catalíticos que previenen el síndrome de radiación aguda. Crédito:IBS
A pesar de la amplia aplicación de la radiación en diagnósticos y tratamientos, todavía no hay material mágico para proteger a las personas de la exposición a la radiación. Aunque la amifostina se desarrolla como radioprotector, la FDA aprobó su aplicación solo para la protección de las glándulas salivales. Además, requiere inyecciones repetidas para ser eficaz y puede plantear graves amenazas para la salud de toxicidad sistémica y complicaciones cuando se aplica a quienes se encuentran en condiciones de irradiación corporal total.
Investigadores del Centro de Investigación de Nanopartículas, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) en colaboración con sus colegas de la Universidad Nacional de Seúl, Facultad de Odontología e Instituto de Investigaciones Odontológicas, han informado de un nanocristal altamente eficaz y seguro para combatir dosis peligrosas de radiación. Al cultivar óxido de manganeso (Mn 3 O 4 ) nanocristales sobre óxido de cerio (CeO 2 ) nanocristales, el equipo de investigación impulsó la actividad catalítica del CeO 2 /Minnesota 3 O 4 nanocristales en su capacidad para evitar los efectos secundarios de la radiación mortal.
"Las especies de oxígeno reactivo (ROS) excesivas se encuentran en una serie de enfermedades importantes, incluida la sepsis, cáncer, enfermedad cardiovascular, y la enfermedad de Parkinson, Sólo para nombrar unos pocos, "dice Hyeon Taeghwan, director del Centro IBS para la Investigación de Nanopartículas (Profesor Distinguido de la Universidad Nacional de Seúl). "Un poderoso antioxidante que puede funcionar en dosis bajas solo puede garantizar aplicaciones sostenibles de radiación en medicina, entornos industriales y militares y más. Estos nuevos ceO 2 /Minnesota 3 O 4 nanocristales heteroestructurados son cinco veces más fuertes que cuando CeO 2 o Mn 3 O 4 hace el trabajo solo, "señala el director Hyeon.
a) Ilustración 3D (izquierda), Imágenes TEM y STEM (centro y arriba a la derecha), y el patrón FFT correspondiente (abajo a la derecha) de nanocristales de CeO2 / Mn3O4. b) Imágenes STEM de resolución atómica de nanocristales de CeO2 / Mn3O4. Crédito:IBS
Cuando nuestro cuerpo está expuesto a altos niveles de radiación, se genera una cantidad masiva de ROS en milisegundos debido a la descomposición de las moléculas de agua. Estos ROS dañan gravemente las células, eventualmente conduciendo a su muerte. El equipo de investigación miró a CeO 2 y Mn 3 O 4 nanopartículas por sus excepcionales capacidades de captación de ROS. El desafío era cómo aplicar estos nanomateriales antioxidantes de forma segura y económica. Aunque eficaz, CEO 2 y Mn 3 O 4 Las nanopartículas pueden eliminar ROS solo en dosis altas. También son materiales raros y difíciles de obtener.
Los investigadores se basaron en el enfoque generalmente adoptado en el campo de la catálisis:apilar nanopartículas con diferentes parámetros de celosía da como resultado una tensión superficial y aumenta las vacantes de oxígeno en la superficie del nanocristal. "El efecto sinérgico de la cepa generada sobre Mn 3 O 4 y el aumento de la vacante de oxígeno en el CeO 2 superficie mejoró la afinidad de unión a la superficie de las ROS, impulsar la actividad catalítica de los nanocristales, "Han Sang Ihn, el primer autor del estudio, explica.
"Ingeniería de deformación de nanocristales, estudiado principalmente en el campo de los catalizadores, ahora se ha extendido al campo médico para proteger las células de enfermedades relacionadas con ROS, "dice Cho Min Gee, el co-primer autor del estudio.
a) Secciones de fémur teñidas con H &E 3 días después de la irradiación. b) Tinción con H&E de duodena seccionado longitudinalmente 5 días después de la irradiación. c) Tasas de supervivencia durante 30 días después de 13 Gy de irradiaciones corporales totales. Crédito:IBS
El equipo de investigación verificó la seguridad, así como la eficacia de estos nuevos nanocristales antioxidantes. La dinámica molecular se analiza utilizando un modelo de radiación aguda de organoides intestinales humanos. "Organoides pretratados con el CeO 2 /Minnesota 3 O 4 Los nanocristales expresaron más genes relacionados con la proliferación y el mantenimiento de las células madre intestinales y menos genes de muerte celular. en comparación con el grupo sin tratamiento previo, "explica Sang-woo Lee, el primer coautor del estudio. En un estudio con ratones, el CEO 2 /Minnesota 3 O 4 Los nanocristales aumentaron significativamente la tasa de supervivencia de los animales al 67% con solo una dosis muy pequeña (1/360 de la dosis de inyección de amifostina) y disminuyeron el estrés oxidativo en los órganos internos. circulación, y células de la médula ósea, sin signos significativos de toxicidad
"Para garantizar una aplicación amplia y segura de un radioprotector en la clínica, la clave es mantener una alta eficacia catalítica en dosis bajas. Estos ceO 2 /Minnesota 3 O 4 Los nanocristales demuestran sus poderosos efectos antioxidantes para proteger todo nuestro cuerpo de manera efectiva solo en pequeñas dosis, "dice Park Kyungpyo, profesor del Departamento de Odontología, Universidad Nacional de Seúl.
