Novinka Nanozyme chrání kosti před poškozením zářením

Novinka Nanozyme chrání kosti před poškozením zářením

Melanie Coathup a Sudipta Seal, materiální vědci z University of Central Florida, vyvinuli nanočástici oxidu ceru -; umělý enzym -; který chrání kosti před poškozením zářením. Nanočástice také prokázaly schopnosti zlepšit regeneraci kostí, snížit ztrátu krevních buněk a zabíjet rakovinné buňky.

Jejich studie ve spolupráci s Oakland University, North Carolina A&T University, University of Sheffield a University of Huddersfield ve Spojeném království byla publikována v Bioactive Materials.

Asi 50 % všech pacientů s rakovinou dostává radiační terapii -; léčba, která využívá elektricky nabité částice k zabíjení rakovinných buněk. Touto terapií se vyléčí asi 40 % pacientů. Poškození kostí je však vedlejší účinek, který postihuje přibližně 75 % pacientů, kteří dostávají záření.

„Vzhledem k vysokému obsahu vápníku kost absorbuje o 30–40 % více záření než jiné tkáně, což z ní dělá běžné místo poranění,“ říká Coathup, ředitel Biionix Faculty Cluster UCF. "Záření způsobuje, že kosti jsou křehké a snadno se lámou. A kvůli poškození způsobenému zářením není mnoho lidí schopno opravit si zlomenou kost. U některých lidí to vede k amputaci, aby se komplikace napravila."

Zatímco paprsky radiační terapie míří přímo na nádor, poškozuje se i okolní zdravá tkáň a může pacientům způsobit mnoho dalších zdravotních problémů.

V současné době neexistuje žádný skutečný lék nebo terapie, která by chránila zdravou tkáň před poškozením zářením. To není problém pouze pro pacienty s rakovinou, kteří podstupují radiační terapii, ale také to představuje problém pro astronauty a budoucí vesmírný průzkum.“

Melanie Coathup, University of Central Florida

Přirozenou obranou těla proti záření je skupina enzymů nazývaných antioxidanty -; Tento obranný systém je však snadno přemožitelný radiací a sám o sobě nedokáže tělo ochránit před poškozením. Seal, přední nanotechnolog, navrhl nanočástici oxidu ceru -; nebo nanoceria -; který napodobuje aktivitu těchto antioxidantů a má silnější obranný mechanismus k ochraně buněk před poškozením DNA.

„Nanoceria funguje pomocí speciálně navržené regenerační mřížkové struktury, která je zodpovědná za ničení škodlivých reaktivních forem kyslíku, vedlejšího produktu radiační léčby,“ říká Seal.

Coathup ve spolupráci s postdoktorandským výzkumníkem Fei Wei testoval nanozym na živých modelech, které dostávaly radiační terapii.

"Naše studie ukázala, že vystavení potkanů ​​radiaci na úrovních podobných těm u pacientů s rakovinou má za následek slabé a poškozené kosti," říká Coathup. "Když jsme však zvířata ošetřili nanozymem před a během tří dávek záření během tří dnů, zjistili jsme, že kost nebyla poškozena a měla podobnou sílu jako zdravá kost."

Studie také ukázala, že léčba Nanozymem pomohla zabíjet rakovinné buňky, pravděpodobně v důsledku zvýšení kyselosti, a chránila před ztrátou bílých a červených krvinek, k níž obvykle dochází u pacientů s rakovinou. Nízký počet bílých a červených krvinek znamená, že pacient je náchylnější k oportunním infekcím, je méně schopný bojovat s rakovinou a je více unavený. Dalším zajímavým zjištěním je, že nanočástice také zlepšila schopnost zdravých buněk produkovat více antioxidantů, snížila zánět (který také vede ke ztrátě kostní hmoty) a podpořila tvorbu kostí.

Budoucí výzkum se pokusí určit vhodné dávkování a podávání Nanozymu a dále studovat, jak Nanozyme pomáhá zabíjet rakovinné buňky. Vědci zaměří své studie také na rakovinu prsu, protože ženy jsou náchylnější k poškození kostí než muži.

"Pacienti s rakovinou již bojují s nemocí," říká Coathup. "Neměli by se obávat zlomených kostí a poškození tkání. Doufáme tedy, že tento průlom pomůže přeživším vrátit se do normálního a zdravého života."

Coathup dokončila své bakalářské studium lékařské buněčné biologie a získala titul Ph.D. v oboru fixace ortopedických implantátů z University College London ve Velké Británii. V roce 2017 nastoupila na College of Medicine a stala se ředitelkou UCF's Biionix Faculty Cluster -; multidisciplinární tým výzkumníků pracujících na vývoji inovativních materiálů, procesů a rozhraní pro pokročilé lékařské implantáty, regeneraci tkání, protézy a další budoucí high-tech produkty.

Seal nastoupil na oddělení materiálových věd a inženýrství UCF v roce 1997. Je jmenován na College of Medicine a je členem protetického klastru UCF Biionix. Je bývalým ředitelem NanoScience Technology Center a Advanced Materials Processing Analysis Center na UCF. Získal doktorát z materiálového inženýrství s vedlejší specializací biochemie na University of Wisconsin a byl postdoktorandem v Lawrence Berkeley National Laboratory na University of California Berkeley.

Zdroj:

University of Central Florida

Odkaz:

Wei, F., a kol. (2022) Nový přístup k prevenci ztráty kostní hmoty vyvolané ionizujícím zářením pomocí multifunkčního designového nanozymu ceria. Bioaktivní materiály. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

.