Le nouveau Nanozyme protège les os des dommages causés par les radiations

Le nouveau Nanozyme protège les os des dommages causés par les radiations

Melanie Coathup et Sudipta Seal, scientifiques des matériaux à l'Université de Floride centrale, ont développé une nanoparticule d'oxyde de cérium - ; une enzyme artificielle - ; qui protège les os des dommages causés par les radiations. La nanoparticule a également montré sa capacité à améliorer la régénération osseuse, à réduire la perte de cellules sanguines et à tuer les cellules cancéreuses.

Leur étude, une collaboration avec l'Université d'Oakland, l'Université A&T de Caroline du Nord, l'Université de Sheffield et l'Université de Huddersfield au Royaume-Uni, a été publiée dans Bioactive Materials.

Environ 50 % de tous les patients atteints de cancer reçoivent une radiothérapie - ; un traitement qui utilise des particules chargées électriquement pour tuer les cellules cancéreuses. Environ 40 % des patients sont guéris grâce à cette thérapie. Cependant, les lésions osseuses sont un effet secondaire qui touche environ 75 % des patients soumis à une radiothérapie.

"En raison de sa teneur élevée en calcium, l'os absorbe 30 à 40 % de rayonnement en plus que les autres tissus, ce qui en fait un site de blessure fréquent", explique Coathup, directeur du groupe universitaire Biionix de l'UCF. "Les radiations rendent les os fragiles et se brisent facilement. Et en raison des dommages causés par les radiations, de nombreuses personnes sont alors incapables de réparer leur os cassé. Pour certaines personnes, cela conduit à une amputation pour corriger la complication."

Même si les rayons de radiothérapie visent directement la tumeur, les tissus sains environnants sont également endommagés et peuvent causer de nombreux problèmes de santé supplémentaires aux patients.

À l’heure actuelle, il n’existe aucun médicament ni thérapie véritable permettant de protéger les tissus sains des dommages causés par les radiations. Ce n’est pas seulement un problème pour les patients atteints de cancer qui subissent une radiothérapie, mais cela pose également des problèmes aux astronautes et aux futures explorations spatiales.

Melanie Coathup, Université de Floride centrale

La défense naturelle du corps contre les radiations est un groupe d'enzymes appelés antioxydants - ; Cependant, ce système de défense est facilement submergé par les radiations et ne peut pas à lui seul protéger le corps des dommages. Seal, un nanotechnologue de premier plan, a conçu la nanoparticule d'oxyde de cérium - ; ou nanoceria - ; qui imite l’activité de ces antioxydants et possède un mécanisme de défense plus puissant pour protéger les cellules des dommages à l’ADN.

"La Nanoceria fonctionne à l'aide d'une structure de réseau régénératrice spécialement conçue qui est responsable de la destruction des espèces réactives nocives de l'oxygène, un sous-produit de la radiothérapie", explique Seal.

En collaboration avec le chercheur postdoctoral Fei Wei, Coathup a testé le nanozyme sur des modèles vivants ayant reçu une radiothérapie.

"Notre étude a montré que l'exposition des rats à des radiations à des niveaux similaires à ceux des patients atteints de cancer entraînait une faiblesse et des dommages aux os", explique Coathup. "Cependant, lorsque nous avons traité les animaux avec le nanozyme avant et pendant trois doses de radiation sur trois jours, nous avons constaté que l'os n'était pas endommagé et avait une résistance similaire à celle d'un os sain."

L'étude a également montré que le traitement Nanozyme aidait à tuer les cellules cancéreuses, probablement en raison d'une augmentation de l'acidité, et protégeait contre la perte de globules blancs et rouges qui survient normalement chez les patients atteints de cancer. Un faible nombre de globules blancs et rouges signifie que le patient est plus sensible aux infections opportunistes, moins capable de combattre le cancer et plus fatigué. Une autre découverte intéressante est que la nanoparticule a également amélioré la capacité des cellules saines à produire plus d’antioxydants, réduit l’inflammation (qui entraîne également une perte osseuse) et favorisé la formation osseuse.

Les recherches futures tenteront de déterminer le dosage et l'administration appropriés du Nanozyme et d'étudier plus en détail comment le Nanozyme aide à tuer les cellules cancéreuses. Les chercheurs concentreront également leurs études dans le contexte du cancer du sein, car les femmes sont plus susceptibles de subir des lésions osseuses que les hommes.

« Les patients atteints de cancer ont déjà du mal à combattre la maladie », explique Coathup. "Ils ne devraient pas avoir à s'inquiéter de fractures osseuses ou de lésions tissulaires. Nous espérons donc que cette avancée aidera les survivants à retrouver une vie normale et saine."

Coathup a terminé ses études de premier cycle en biologie cellulaire médicale et a obtenu un doctorat. en fixation d'implants orthopédiques de l'University College London au Royaume-Uni. En 2017, elle a rejoint le Collège de Médecine et est devenue directrice du groupe facultaire Biionix de l'UCF - ; une équipe multidisciplinaire de chercheurs travaillant au développement de matériaux, de processus et d'interfaces innovants pour les implants médicaux avancés, la régénération tissulaire, les prothèses et d'autres futurs produits de haute technologie.

Seal a rejoint le Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UCF en 1997. Il est titulaire d'un poste à la Faculté de médecine et est membre du cluster de prothèses Biionix de l'UCF. Il est l'ancien directeur du NanoScience Technology Center et du Advanced Materials Processing Analysis Center de l'UCF. Il a obtenu son doctorat en génie des matériaux avec une mineure en biochimie de l'Université du Wisconsin et a été chercheur postdoctoral au Lawrence Berkeley National Laboratory de l'Université de Californie à Berkeley.

Source:

Université de Floride centrale

Référence:

Wei, F., et al. (2022) Une nouvelle approche pour prévenir la perte osseuse induite par les rayonnements ionisants à l’aide d’un nanozyme de céria de concepteur multifonctionnel. Matériaux bioactifs. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

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