Novel Nanozyme beskytter bein mot strålingsskader

Novel Nanozyme beskytter bein mot strålingsskader

Melanie Coathup og Sudipta Seal, materialforskere ved University of Central Florida, har utviklet en nanopartikkel av ceriumoksid -; et kunstig enzym -; som beskytter beinene mot strålingsskader. Nanopartikkelen har også vist evner til å forbedre beinregenerering, redusere tap av blodceller og drepe kreftceller.

Studien deres, et samarbeid med Oakland University, North Carolina A&T University, University of Sheffield og University of Huddersfield i Storbritannia, ble publisert i Bioactive Materials.

Omtrent 50 % av alle kreftpasienter får strålebehandling -; en behandling som bruker elektrisk ladede partikler for å drepe kreftceller. Omtrent 40 % av pasientene blir helbredet med denne behandlingen. Imidlertid er beinskader en bivirkning som rammer omtrent 75 % av pasientene som får stråling.

"På grunn av det høye kalsiuminnholdet absorberer bein 30-40 % mer stråling enn annet vev, noe som gjør det til et vanlig skadested," sier Coathup, direktør for UCFs Biionix Faculty Cluster. "Stråling gjør bein sprøtt og knekker lett. Og på grunn av skadene forårsaket av stråling, er det mange som ikke klarer å reparere det ødelagte beinet. For noen mennesker fører dette til amputasjon for å rette opp komplikasjonen."

Mens strålene fra strålebehandling er rettet direkte mot svulsten, er omkringliggende friskt vev også skadet og kan forårsake mange ekstra helseproblemer for pasienter.

Foreløpig er det ingen reell medisin eller terapi for å beskytte sunt vev mot strålingsskader. Dette er ikke bare et problem for kreftpasienter som gjennomgår strålebehandling, men utgjør også problemer for astronauter og fremtidig romutforskning.»

Melanie Coathup, University of Central Florida

Kroppens naturlige forsvar mot stråling er en gruppe enzymer som kalles antioksidanter -; Imidlertid blir dette forsvarssystemet lett overveldet av stråling og kan ikke beskytte kroppen mot skade alene. Seal, en ledende nanoteknolog, designet nanopartikkelen ceriumoksid -; eller nanoceria -; som etterligner aktiviteten til disse antioksidantene og har en sterkere forsvarsmekanisme for å beskytte cellene mot DNA-skader.

"Nanoceriaen opererer ved å bruke en spesialdesignet regenerativ gitterstruktur som er ansvarlig for å ødelegge skadelige reaktive oksygenarter, et biprodukt av strålebehandling," sier Seal.

I samarbeid med postdoktor Fei Wei, testet Coathup nanozymet i levende modeller som mottok strålebehandling.

"Vår studie viste at å utsette rotter for stråling på nivåer som ligner de hos kreftpasienter, resulterte i svake og skadede bein," sier Coathup. "Men da vi behandlet dyrene med nanozymet før og under tre doser stråling over tre dager, fant vi ut at beinet ikke var skadet og hadde lignende styrke som sunt bein."

Studien viste også at Nanozyme-behandling bidro til å drepe kreftceller, muligens på grunn av en økning i surhet, og beskyttet mot tap av hvite og røde blodceller som vanligvis oppstår hos kreftpasienter. Lavt antall hvite og røde blodlegemer betyr at pasienten er mer utsatt for opportunistiske infeksjoner, mindre i stand til å bekjempe kreft og mer trøtt. Et annet interessant funn er at nanopartikkelen også forbedret evnen til friske celler til å produsere flere antioksidanter, reduserte betennelser (som også fører til bentap) og fremmet beindannelse.

Fremtidig forskning vil forsøke å bestemme riktig dosering og administrering av Nanozyme og videre studere hvordan Nanozyme hjelper til med å drepe kreftceller. Forskerne vil også fokusere sine studier i sammenheng med brystkreft, da kvinner er mer utsatt for beinskader enn menn.

"Kreftpasienter sliter allerede med å bekjempe sykdom," sier Coathup. "De burde ikke behøve å bekymre seg for brukne bein og vevsskader. Så vi håper dette gjennombruddet vil hjelpe overlevende tilbake til normale og sunne liv."

Coathup fullførte sine undergraduate studier i medisinsk cellebiologi og oppnådde en Ph.D. i ortopedisk implantatfiksering fra University College London i Storbritannia. I 2017 begynte hun på College of Medicine og ble direktør for UCFs Biionix Faculty Cluster -; et tverrfaglig team av forskere som jobber med å utvikle innovative materialer, prosesser og grensesnitt for avanserte medisinske implantater, vevsregenerering, proteser og andre fremtidige høyteknologiske produkter.

Seal begynte i UCFs avdeling for materialvitenskap og ingeniørfag i 1997. Han har ansatt ved College of Medicine og er medlem av UCFs Biionix-proteseklynge. Han er tidligere direktør for NanoScience Technology Center og Advanced Materials Processing Analysis Center ved UCF. Han fikk sin doktorgrad i materialteknikk med bifag i biokjemi fra University of Wisconsin og var postdoktor ved Lawrence Berkeley National Laboratory ved University of California Berkeley.

Kilde:

University of Central Florida

Referanse:

Wei, F., et al. (2022) En ny tilnærming for å forhindre ioniserende stråling-indusert bentap ved bruk av et multifunksjonelt designer ceria nanozyme. Bioaktive materialer. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

.