Nowatorski nanozym chroni kości przed uszkodzeniami radiacyjnymi

Nowatorski nanozym chroni kości przed uszkodzeniami radiacyjnymi

Melanie Coathup i Sudipta Seal, badacze materiałów na Uniwersytecie Centralnej Florydy, opracowali nanocząsteczkę tlenku ceru; sztuczny enzym -; który chroni kości przed uszkodzeniami radiacyjnymi. Nanocząsteczka wykazała również zdolność do poprawy regeneracji kości, zmniejszenia utraty krwinek i zabijania komórek nowotworowych.

Wyniki ich badań, przeprowadzone we współpracy z Uniwersytetami w Oakland, Uniwersytetem A&T w Północnej Karolinie, Uniwersytetem w Sheffield i Uniwersytetem w Huddersfield w Wielkiej Brytanii, opublikowano w czasopiśmie Bioactive Materials.

Około 50% wszystkich pacjentów chorych na raka otrzymuje radioterapię; zabieg wykorzystujący naładowane elektrycznie cząsteczki do zabijania komórek nowotworowych. Dzięki tej terapii udaje się wyleczyć około 40% pacjentów. Jednakże uszkodzenie kości jest skutkiem ubocznym, który dotyka około 75% pacjentów poddawanych radioterapii.

„Ze względu na wysoką zawartość wapnia kości pochłaniają o 30–40% więcej promieniowania niż inne tkanki, co czyni je częstym miejscem urazów” – mówi Coathup, dyrektor klastra wydziałowego Bioionix na Uniwersytecie Kalifornijskim w Uniwersytecie Kalifornijskim. „Promieniowanie powoduje, że kości stają się łamliwe i łatwo pękają. Z powodu uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem wiele osób nie jest w stanie naprawić złamanej kości. W przypadku niektórych osób prowadzi to do amputacji w celu skorygowania powikłań”.

Chociaż promienie radioterapii są skierowane bezpośrednio na nowotwór, otaczające zdrowe tkanki również ulegają uszkodzeniu, co może powodować wiele dodatkowych problemów zdrowotnych u pacjentów.

Obecnie nie ma prawdziwego leku ani terapii chroniącej zdrową tkankę przed uszkodzeniem popromiennym. Jest to problem nie tylko dla pacjentów chorych na raka poddawanych radioterapii, ale także stwarza problemy dla astronautów i przyszłej eksploracji kosmosu”.

Melanie Coatup z Uniwersytetu Centralnej Florydy

Naturalną obroną organizmu przed promieniowaniem jest grupa enzymów zwanych przeciwutleniaczami -; Jednak ten system obronny łatwo ulega promieniowaniu i sam nie jest w stanie chronić organizmu przed uszkodzeniami. Seal, czołowy nanotechnolog, zaprojektował nanocząsteczkę tlenku ceru; lub nanoceria -; który naśladuje działanie tych przeciwutleniaczy i ma silniejszy mechanizm obronny chroniący komórki przed uszkodzeniem DNA.

„Nanoceria działa w oparciu o specjalnie zaprojektowaną strukturę siatki regeneracyjnej, która jest odpowiedzialna za niszczenie szkodliwych reaktywnych form tlenu, produktu ubocznego radioterapii” – mówi Seal.

Współpracując z badaczem ze stopniem doktora Fei Wei, Coathup przetestował nanozym na żywych modelach, które poddano radioterapii.

„Nasze badanie wykazało, że narażenie szczurów na promieniowanie na poziomie podobnym do tego u pacjentów chorych na raka spowodowało osłabienie i uszkodzenie kości” – mówi Coathup. „Jednak gdy leczyliśmy zwierzęta nanozymem przed i w trakcie trzech dawek promieniowania w ciągu trzech dni, odkryliśmy, że kość nie uległa uszkodzeniu i miała siłę podobną do zdrowej kości”.

Badanie wykazało również, że leczenie nanozymem pomogło zabić komórki nowotworowe, prawdopodobnie ze względu na wzrost kwasowości, i chroniło przed utratą białych i czerwonych krwinek, która zwykle występuje u pacjentów chorych na raka. Niska liczba białych i czerwonych krwinek oznacza, że ​​pacjent jest bardziej podatny na infekcje oportunistyczne, ma mniejszą zdolność do walki z rakiem i jest bardziej zmęczony. Innym interesującym odkryciem jest to, że nanocząsteczki poprawiają także zdolność zdrowych komórek do wytwarzania większej ilości przeciwutleniaczy, zmniejszają stan zapalny (który również prowadzi do utraty masy kostnej) i wspomagają tworzenie kości.

Przyszłe badania będą miały na celu określenie odpowiedniego dawkowania i sposobu podawania Nanozymu oraz dalsze badania, w jaki sposób Nanozym pomaga zabijać komórki nowotworowe. Naukowcy skoncentrują swoje badania również na kontekście raka piersi, ponieważ kobiety są bardziej podatne na uszkodzenia kości niż mężczyźni.

„Pacjenci chorzy na raka już walczą z chorobą” – mówi Coathup. „Nie powinni martwić się złamaniami kości i uszkodzeniem tkanek. Mamy więc nadzieję, że ten przełom pomoże ocalałym wrócić do normalnego i zdrowego życia”.

Coathup ukończyła studia licencjackie z medycznej biologii komórki i uzyskała stopień doktora. w zakresie mocowania implantów ortopedycznych na University College London w Wielkiej Brytanii. W 2017 roku dołączyła do College of Medicine i została dyrektorem Klastra Wydziałów Biionix na UCF -; multidyscyplinarny zespół naukowców pracujący nad opracowaniem innowacyjnych materiałów, procesów i interfejsów dla zaawansowanych implantów medycznych, regeneracji tkanek, protez i innych przyszłych zaawansowanych technologicznie produktów.

Seal dołączył do Wydziału Nauki i Inżynierii Materiałowej UCF w 1997 r. Pracuje w College of Medicine i jest członkiem klastra protetycznego Biionix przy UCF. Jest byłym dyrektorem Centrum Technologii NanoScience i Centrum Analiz Zaawansowanego Przetwarzania Materiałów na UCF. Uzyskał stopień doktora w dziedzinie inżynierii materiałowej ze specjalizacją z biochemii na Uniwersytecie Wisconsin i odbył staż podoktorski w Lawrence Berkeley National Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Źródło:

Uniwersytet Środkowej Florydy

Odniesienie:

Wei, F. i in. (2022) Nowatorskie podejście do zapobiegania utracie kości wywołanej promieniowaniem jonizującym przy użyciu wielofunkcyjnego, designerskiego nanozymu ceru. Materiały bioaktywne. doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.011.

.