Novel Nanozyme предпазва костите от радиационно увреждане

Novel Nanozyme предпазва костите от радиационно увреждане

Melanie Coathup и Sudipta Seal, учени по материали в Университета на Централна Флорида, са разработили наночастици от цериев оксид -; изкуствен ензим -; който предпазва костите от радиационно увреждане. Наночастиците също са показали способности да подобряват регенерацията на костите, да намаляват загубата на кръвни клетки и да убиват раковите клетки.

Тяхното проучване, съвместно с университета в Оукланд, университета A&T в Северна Каролина, университета в Шефилд и университета в Хъдърсфийлд в Обединеното кралство, беше публикувано в Bioactive Materials.

Около 50% от всички пациенти с рак получават лъчева терапия -; лечение, което използва електрически заредени частици за убиване на ракови клетки. Около 40% от пациентите се излекуват с тази терапия. Увреждането на костите обаче е страничен ефект, който засяга приблизително 75% от пациентите, подложени на облъчване.

„Поради високото си съдържание на калций, костта абсорбира 30-40% повече радиация от другите тъкани, което я прави често срещано място на нараняване“, казва Коатъп, директор на факултетния клъстер Biionix на UCF. „Радиацията прави костите крехки и лесно се чупят. И поради увреждането, причинено от радиацията, много хора след това не могат да възстановят счупената си кост. За някои хора това води до ампутация, за да се коригира усложнението.“

Докато лъчите на лъчевата терапия са насочени директно към тумора, околната здрава тъкан също се уврежда и може да причини много допълнителни здравословни проблеми на пациентите.

Понастоящем няма истинско лекарство или терапия за защита на здравата тъкан от радиационно увреждане. Това не е проблем само за пациенти с рак, подложени на лъчева терапия, но също така създава проблеми за астронавтите и бъдещите космически изследвания.

Мелани Коатъп, Университет на Централна Флорида

Естествената защита на тялото срещу радиацията е група от ензими, наречени антиоксиданти -; Тази защитна система обаче лесно се завладява от радиация и не може сама да защити тялото от увреждане. Сийл, водещ нанотехнолог, проектира наночастицата от цериев оксид -; или наноцерия -; който имитира активността на тези антиоксиданти и има по-силен защитен механизъм за защита на клетките от увреждане на ДНК.

„Nanoceria работи с помощта на специално проектирана регенеративна решетъчна структура, която е отговорна за унищожаването на вредни реактивни кислородни видове, страничен продукт от радиационно лечение“, казва Сийл.

Работейки с постдокторския изследовател Fei Wei, Coathup тества нанозима в живи модели, които са получили лъчева терапия.

„Нашето проучване показа, че излагането на плъхове на радиация на нива, подобни на тези при пациенти с рак, е довело до слаби и увредени кости“, казва Coathup. „Въпреки това, когато третирахме животните с нанозима преди и по време на три дози радиация в продължение на три дни, открихме, че костта не е повредена и има подобна здравина на здравата кост.“

Проучването също така показа, че лечението с Nanozyme спомага за убиването на раковите клетки, вероятно поради повишаване на киселинността, и предпазва от загуба на бели и червени кръвни клетки, което обикновено се случва при пациенти с рак. Ниският брой бели и червени кръвни клетки означава, че пациентът е по-податлив на опортюнистични инфекции, по-малко способен да се бори с рака и е по-уморен. Друго интересно откритие е, че наночастицата също подобрява способността на здравите клетки да произвеждат повече антиоксиданти, намалява възпалението (което също води до загуба на кост) и насърчава образуването на кост.

Бъдещи изследвания ще се опитат да определят подходящата дозировка и приложение на Nanozyme и ще проучат допълнително как Nanozyme помага да се убият раковите клетки. Изследователите също така ще фокусират проучванията си в контекста на рака на гърдата, тъй като жените са по-податливи на увреждане на костите от мъжете.

„Пациентите с рак вече се борят да се борят с болестта“, казва Coathup. „Те не трябва да се тревожат за счупени кости и увреждане на тъканите. Така че се надяваме този пробив да помогне на оцелелите да се върнат към нормален и здравословен живот.“

Coathup завършва бакалавърското си обучение по медицинска клетъчна биология и получава докторска степен. по ортопедично фиксиране на импланти от University College London в Обединеното кралство. През 2017 г. тя се присъединява към колежа по медицина и става директор на факултетния клъстер Biionix на UCF -; мултидисциплинарен екип от изследователи, работещи за разработване на иновативни материали, процеси и интерфейси за усъвършенствани медицински импланти, тъканна регенерация, протези и други бъдещи високотехнологични продукти.

Сийл се присъединява към Департамента по материалознание и инженерство на UCF през 1997 г. Той има назначение в Колежа по медицина и е член на клъстера за протези Biionix на UCF. Той е бивш директор на NanoScience Technology Center и Advanced Materials Processing Analysis Center в UCF. Той получава докторска степен по инженерство на материалите със специалност биохимия от Университета на Уисконсин и е бил постдокторант в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли в Калифорнийския университет Бъркли.

източник:

Университет на Централна Флорида

Справка:

Wei, F., et al. (2022) Нов подход за предотвратяване на костна загуба, предизвикана от йонизиращо лъчение, с помощта на многофункционален дизайнерски цериев нанозим. Биоактивни материали. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

.