Il nuovo Nanozyme protegge le ossa dai danni causati dalle radiazioni

Il nuovo Nanozyme protegge le ossa dai danni causati dalle radiazioni

Melanie Coathup e Sudipta Seal, scienziati dei materiali presso l'Università della Florida Centrale, hanno sviluppato una nanoparticella di ossido di cerio -; un enzima artificiale -; che protegge le ossa dai danni delle radiazioni. La nanoparticella ha anche dimostrato la capacità di migliorare la rigenerazione ossea, ridurre la perdita di cellule del sangue e uccidere le cellule tumorali.

Il loro studio, una collaborazione con la Oakland University, la North Carolina A&T University, l'Università di Sheffield e l'Università di Huddersfield nel Regno Unito, è stato pubblicato su Bioactive Materials.

Circa il 50% di tutti i pazienti affetti da cancro ricevono radioterapia -; un trattamento che utilizza particelle caricate elettricamente per uccidere le cellule tumorali. Con questa terapia circa il 40% dei pazienti guarisce. Tuttavia, il danno osseo è un effetto collaterale che colpisce circa il 75% dei pazienti che ricevono radiazioni.

"A causa del suo alto contenuto di calcio, l'osso assorbe il 30-40% in più di radiazioni rispetto ad altri tessuti, rendendolo un luogo comune di lesioni", afferma Coathup, direttore del Biionix Faculty Cluster dell'UCF. "Le radiazioni rendono le ossa fragili e si rompono facilmente. E a causa del danno causato dalle radiazioni, molte persone non sono in grado di riparare l'osso rotto. Per alcune persone, questo porta all'amputazione per correggere la complicazione."

Sebbene i raggi della radioterapia siano diretti direttamente sul tumore, anche il tessuto sano circostante viene danneggiato e può causare molti ulteriori problemi di salute ai pazienti.

Attualmente non esiste un vero farmaco o una terapia per proteggere i tessuti sani dai danni causati dalle radiazioni. Questo non è solo un problema per i malati di cancro sottoposti a radioterapia, ma pone problemi anche agli astronauti e alla futura esplorazione dello spazio”.

Melanie Coathup, Università della Florida Centrale

La difesa naturale del corpo contro le radiazioni è un gruppo di enzimi chiamati antiossidanti -; Tuttavia, questo sistema di difesa viene facilmente sopraffatto dalle radiazioni e non può proteggere da solo il corpo dai danni. Seal, uno dei principali nanotecnologi, ha progettato la nanoparticella di ossido di cerio -; o nanoceria -; che imita l'attività di questi antiossidanti e ha un meccanismo di difesa più forte per proteggere le cellule dai danni al DNA.

"La Nanoceria funziona utilizzando una struttura reticolare rigenerativa appositamente progettata che è responsabile della distruzione delle specie reattive dannose dell'ossigeno, un sottoprodotto del trattamento con radiazioni", afferma Seal.

Lavorando con il ricercatore post-dottorato Fei Wei, Coathup ha testato il nanozima in modelli viventi sottoposti a radioterapia.

"Il nostro studio ha dimostrato che l'esposizione dei ratti a radiazioni a livelli simili a quelli dei pazienti affetti da cancro ha provocato ossa deboli e danneggiate", afferma Coathup. “Tuttavia, quando abbiamo trattato gli animali con il nanozima prima e durante tre dosi di radiazioni nell’arco di tre giorni, abbiamo scoperto che l’osso non era danneggiato e aveva una resistenza simile a quella dell’osso sano”.

Lo studio ha inoltre dimostrato che il trattamento con Nanozyme ha contribuito a uccidere le cellule tumorali, probabilmente a causa di un aumento dell’acidità, e ha protetto contro la perdita di globuli bianchi e rossi che normalmente si verifica nei pazienti affetti da cancro. Un basso numero di globuli bianchi e rossi significa che il paziente è più suscettibile alle infezioni opportunistiche, meno capace di combattere il cancro e più affaticato. Un’altra scoperta interessante è che la nanoparticella ha anche migliorato la capacità delle cellule sane di produrre più antiossidanti, ridotto l’infiammazione (che porta anche alla perdita ossea) e promosso la formazione ossea.

La ricerca futura tenterà di determinare il dosaggio e la somministrazione appropriati di Nanozyme e studierà ulteriormente come Nanozyme aiuta a uccidere le cellule tumorali. I ricercatori concentreranno i loro studi anche nel contesto del cancro al seno, poiché le donne sono più suscettibili ai danni ossei rispetto agli uomini.

“I malati di cancro stanno già lottando per combattere la malattia”, afferma Coathup. "Non dovrebbero preoccuparsi di ossa rotte e danni ai tessuti. Quindi speriamo che questa svolta aiuti i sopravvissuti a tornare a una vita normale e sana".

Coathup ha completato i suoi studi universitari in biologia cellulare medica e ha conseguito un dottorato di ricerca. nella fissazione di impianti ortopedici presso l'University College di Londra nel Regno Unito. Nel 2017, è entrata a far parte del College of Medicine ed è diventata direttrice del Biionix Faculty Cluster dell'UCF -; un team multidisciplinare di ricercatori che lavora per sviluppare materiali, processi e interfacce innovativi per impianti medici avanzati, rigenerazione dei tessuti, protesi e altri futuri prodotti high-tech.

Seal è entrato a far parte del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'UCF nel 1997. Ha un incarico presso il College of Medicine ed è membro del cluster di protesi Biionix dell'UCF. È l'ex direttore del NanoScience Technology Center e dell'Advanced Materials Processing Analysis Center presso UCF. Ha conseguito il dottorato in ingegneria dei materiali con una specializzazione in biochimica presso l'Università del Wisconsin ed è stato ricercatore post-dottorato presso il Lawrence Berkeley National Laboratory presso l'Università della California Berkeley.

Fonte:

Università della Florida Centrale

Riferimento:

Wei, F., et al. (2022) Un nuovo approccio per prevenire la perdita ossea indotta da radiazioni ionizzanti utilizzando un nanoenzima di ceria di design multifunzionale. Materiali bioattivi. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

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