Το νέο Nanozyme προστατεύει τα οστά από τη βλάβη της ακτινοβολίας

Το νέο Nanozyme προστατεύει τα οστά από τη βλάβη της ακτινοβολίας

Η Melanie Coathup και η Sudipta Seal, επιστήμονες υλικών στο Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα, ανέπτυξαν ένα νανοσωματίδιο οξειδίου του δημητρίου -? ένα τεχνητό ένζυμο -? που προστατεύει τα οστά από τις βλάβες της ακτινοβολίας. Το νανοσωματίδιο έχει επίσης δείξει ικανότητες να βελτιώνει την αναγέννηση των οστών, να μειώνει την απώλεια αιμοσφαιρίων και να σκοτώνει τα καρκινικά κύτταρα.

Η μελέτη τους, μια συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Όκλαντ, το Πανεπιστήμιο A&T της Βόρειας Καρολίνας, το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ και το Πανεπιστήμιο του Χάντερσφιλντ στο Ηνωμένο Βασίλειο, δημοσιεύτηκε στο Bioactive Materials.

Περίπου το 50% όλων των ασθενών με καρκίνο λαμβάνουν ακτινοθεραπεία - μια θεραπεία που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια για να σκοτώσει τα καρκινικά κύτταρα. Περίπου το 40% των ασθενών θεραπεύονται με αυτή τη θεραπεία. Ωστόσο, η βλάβη των οστών είναι μια παρενέργεια που επηρεάζει περίπου το 75% των ασθενών που λαμβάνουν ακτινοβολία.

«Λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε ασβέστιο, τα οστά απορροφούν 30-40% περισσότερη ακτινοβολία από άλλους ιστούς, καθιστώντας το ένα κοινό σημείο τραυματισμού», λέει ο Coathup, διευθυντής του Biionix Faculty Cluster του UCF. "Η ακτινοβολία κάνει τα οστά εύθραυστα και σπάει εύκολα. Και λόγω της βλάβης που προκαλείται από την ακτινοβολία, πολλοί άνθρωποι δεν μπορούν στη συνέχεια να επιδιορθώσουν το σπασμένο οστό τους. Για μερικούς ανθρώπους, αυτό οδηγεί σε ακρωτηριασμό για τη διόρθωση της επιπλοκής."

Ενώ οι ακτίνες της ακτινοθεραπείας στοχεύουν απευθείας στον όγκο, ο περιβάλλοντας υγιής ιστός είναι επίσης κατεστραμμένος και μπορεί να προκαλέσει πολλά πρόσθετα προβλήματα υγείας στους ασθενείς.

Επί του παρόντος, δεν υπάρχει πραγματικό φάρμακο ή θεραπεία για την προστασία του υγιούς ιστού από τη βλάβη της ακτινοβολίας. Αυτό δεν είναι μόνο πρόβλημα για τους ασθενείς με καρκίνο που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία, αλλά δημιουργεί επίσης προβλήματα για τους αστροναύτες και τη μελλοντική εξερεύνηση του διαστήματος».

Melanie Coathup, Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα

Η φυσική άμυνα του οργανισμού ενάντια στην ακτινοβολία είναι μια ομάδα ενζύμων που ονομάζονται αντιοξειδωτικά -? Ωστόσο, αυτό το αμυντικό σύστημα κατακλύζεται εύκολα από την ακτινοβολία και δεν μπορεί από μόνο του να προστατεύσει το σώμα από βλάβες. Ο Seal, κορυφαίος νανοτεχνολόγος, σχεδίασε το νανοσωματίδιο οξειδίου του δημητρίου -? ή νανοκερία -? που μιμείται τη δραστηριότητα αυτών των αντιοξειδωτικών και έχει έναν ισχυρότερο αμυντικό μηχανισμό για την προστασία των κυττάρων από τη βλάβη του DNA.

«Το Nanoceria λειτουργεί χρησιμοποιώντας μια ειδικά σχεδιασμένη αναγεννητική δομή πλέγματος που είναι υπεύθυνη για την καταστροφή επιβλαβών ειδών αντιδραστικών οξυγόνου, ένα υποπροϊόν της επεξεργασίας με ακτινοβολία», λέει ο Seal.

Σε συνεργασία με τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Fei Wei, η Coathup δοκίμασε το νανοένζυμο σε ζωντανά μοντέλα που έλαβαν ακτινοθεραπεία.

«Η μελέτη μας έδειξε ότι η έκθεση των αρουραίων σε ακτινοβολία σε επίπεδα παρόμοια με αυτά των ασθενών με καρκίνο είχε ως αποτέλεσμα αδύναμα και κατεστραμμένα οστά», λέει ο Coathup. «Ωστόσο, όταν αντιμετωπίσαμε τα ζώα με το νανοένζυμο πριν και κατά τη διάρκεια τριών δόσεων ακτινοβολίας σε διάστημα τριών ημερών, διαπιστώσαμε ότι το οστό δεν είχε καταστραφεί και είχε παρόμοια αντοχή με τα υγιή οστά».

Η μελέτη έδειξε επίσης ότι η θεραπεία με Nanozyme βοήθησε να σκοτωθούν τα καρκινικά κύτταρα, πιθανώς λόγω της αύξησης της οξύτητας, και προστατεύτηκε από την απώλεια λευκών και ερυθρών αιμοσφαιρίων που συνήθως συμβαίνει σε ασθενείς με καρκίνο. Ο χαμηλός αριθμός λευκών και ερυθρών αιμοσφαιρίων σημαίνει ότι ο ασθενής είναι πιο ευαίσθητος σε ευκαιριακές λοιμώξεις, λιγότερο ικανός να καταπολεμήσει τον καρκίνο και πιο κουρασμένος. Ένα άλλο ενδιαφέρον εύρημα είναι ότι το νανοσωματίδιο βελτίωσε επίσης την ικανότητα των υγιών κυττάρων να παράγουν περισσότερα αντιοξειδωτικά, μείωσε τη φλεγμονή (η οποία επίσης οδηγεί σε απώλεια οστού) και προώθησε τον σχηματισμό οστών.

Μελλοντική έρευνα θα προσπαθήσει να καθορίσει την κατάλληλη δοσολογία και χορήγηση του Nanozyme και θα μελετήσει περαιτέρω πώς το Nanozyme βοηθά στην εξόντωση των καρκινικών κυττάρων. Οι ερευνητές θα εστιάσουν επίσης τις μελέτες τους στο πλαίσιο του καρκίνου του μαστού, καθώς οι γυναίκες είναι πιο επιρρεπείς σε οστικές βλάβες από τους άνδρες.

«Οι ασθενείς με καρκίνο ήδη αγωνίζονται να καταπολεμήσουν τις ασθένειες», λέει ο Coathup. "Δεν πρέπει να ανησυχούν για σπασμένα οστά και ζημιά στους ιστούς. Ελπίζουμε λοιπόν ότι αυτή η ανακάλυψη θα βοηθήσει τους επιζώντες να επιστρέψουν στην κανονική και υγιή ζωή."

Η Coathup ολοκλήρωσε τις προπτυχιακές της σπουδές στην ιατρική κυτταρική βιολογία και απέκτησε Ph.D. στην ορθοπεδική στερέωση εμφυτευμάτων από το University College του Λονδίνου στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το 2017, εντάχθηκε στο College of Medicine και έγινε διευθύντρια του Biionix Faculty Cluster του UCF - μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών που εργάζεται για την ανάπτυξη καινοτόμων υλικών, διαδικασιών και διεπαφών για προηγμένα ιατρικά εμφυτεύματα, αναγέννηση ιστών, προθέσεις και άλλα μελλοντικά προϊόντα υψηλής τεχνολογίας.

Ο Seal εντάχθηκε στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του UCF το 1997. Έχει διοριστεί στο Κολέγιο Ιατρικής και είναι μέλος του συμπλέγματος προσθετικών Biionix του UCF. Είναι πρώην διευθυντής του NanoScience Technology Center και του Advanced Materials Processing Analysis Center στο UCF. Έλαβε το διδακτορικό του στη μηχανική υλικών με δευτερεύοντα στη βιοχημεία από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν και ήταν μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ.

Πηγή:

Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα

Αναφορά:

Wei, F., et αϊ. (2022) Μια νέα προσέγγιση για την πρόληψη της οστικής απώλειας που προκαλείται από την ιονίζουσα ακτινοβολία χρησιμοποιώντας ένα πολυλειτουργικό νανοένζυμο ceria. Βιοενεργά υλικά. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

.