Une nanoparticule développée à l'Université Rice et testée en collaboration avec le Baylor College of Medicine (BCM) peut apporter de grands avantages au traitement d'urgence des victimes de lésions cérébrales, même ceux avec des blessures légères.
Amas combinés polyéthylène glycol-carbone hydrophile (PEG-HCC), déjà testé pour améliorer le traitement du cancer, sont également d'excellents antioxydants. Dans les études animales, des injections de PEG-HCC pendant le traitement initial après une blessure ont permis de rétablir l'équilibre du système vasculaire cérébral.
Les résultats ont été publiés ce mois-ci dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
Une perfusion de PEG-HCC qui stabilise rapidement le flux sanguin dans le cerveau serait une avancée significative pour les secouristes et les médecins du champ de bataille, a déclaré le chimiste Rice et co-auteur James Tour.
"Cela pourrait être une première ligne de défense contre les espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui sont toujours surstimulées lors d'un traumatisme médical, que ce soit à une victime d'accident ou à un soldat blessé, " dit Tour, T.T. et W.F. de Rice Chaire Chao en chimie ainsi que professeur de génie mécanique et science des matériaux et d'informatique. "Ils sont certainement exacerbés lorsqu'il y a un traumatisme avec une perte de sang massive."
Dans une lésion cérébrale traumatique, les cellules libèrent une quantité excessive d'un ROS connu sous le nom de superoxyde (SO) dans le sang. Les superoxydes sont des radicaux libres toxiques, molécules avec un électron non apparié, que le système immunitaire utilise normalement pour tuer les micro-organismes envahisseurs. Les organismes sains équilibrent le SO avec la superoxyde dismutase (SOD), une enzyme qui le neutralise. Mais même un traumatisme cérébral léger peut libérer des superoxydes à des niveaux qui dépassent les défenses naturelles du cerveau.
"Le superoxyde est la plus délétère des espèces réactives de l'oxygène, car c'est l'ancêtre de beaucoup d'autres, " Tour a dit. " Si vous ne traitez pas avec SO, il forme du peroxynitrite et du peroxyde d'hydrogène. Le SO est le précurseur en amont de nombreux problèmes en aval."
SO affecte le mécanisme d'autorégulation qui gère le système de circulation sensible dans le cerveau. Normalement, les vaisseaux se dilatent lorsque la pression artérielle est basse et se contractent lorsqu'ils sont élevés pour maintenir un équilibre, mais un manque de régulation peut entraîner des lésions cérébrales au-delà de ce qui a pu être causé par le traumatisme initial.
« Il y a de nombreuses facettes des lésions cérébrales qui déterminent en fin de compte l'ampleur des dommages qu'il y aura, " a déclaré Thomas Kent, le co-auteur de l'article, un professeur de neurologie BCM et chef de la neurologie au Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center à Houston. "L'un est la blessure initiale, et c'est à peu près fait en quelques minutes. Mais un certain nombre de choses qui se produisent plus tard aggravent souvent les choses, et c'est à ce moment-là que nous pouvons intervenir."
Kent a cité en exemple la deuxième poussée de radicaux libres qui peut survenir après une réanimation post-blessure. "C'est ce que nous pouvons traiter :la blessure supplémentaire qui se produit en raison de la nécessité de rétablir la tension artérielle de quelqu'un, qui fournit de l'oxygène qui conduit à des radicaux libres plus dommageables."
Dans les essais, les chercheurs ont découvert que les nanoparticules de PEG-HCC ont immédiatement et complètement désactivé l'activité du superoxyde et ont permis au système d'autorégulation de retrouver rapidement son équilibre. Tour a déclaré que les molécules ROS se combinent facilement avec les PEG-HCC, générer « une double liaison carbone inoffensive, c'est donc vraiment un anéantissement radical. Il n'y a pas un tel mécanisme en biologie. » Alors qu'une enzyme SOD ne peut modifier qu'une seule molécule de superoxyde à la fois, un seul PEG-HCC de la taille d'une grosse protéine mesurant 2 à 3 nanomètres de large et 30 à 40 nanomètres de long peut en éteindre des centaines ou des milliers. "C'est une occasion où un emballage de taille nanométrique fait quelque chose qu'aucun petit médicament ou protéine ne pourrait faire, soulignant l'efficacité des nano-médicaments actifs."
"C'est la chose la plus remarquablement efficace que j'aie jamais vue, " a déclaré Kent. " Littéralement quelques minutes après l'injection, le flux sanguin cérébral est revenu à la normale, et nous pouvons le garder là avec juste une deuxième injection simple. À la fin, nous avons normalisé les radicaux libres tout en préservant le monoxyde d'azote (indispensable à l'autorégulation). Ces particules ont montré le mécanisme antioxydant que nous avions précédemment identifié comme prédictif de l'efficacité. »
Les premiers indices sur les pouvoirs antioxydants du PEG-HCC sont venus lors d'études de toxicité des nanoparticules avec le MD Anderson Cancer Center. "Nous avons remarqué qu'ils abaissaient la phosphatase alcaline dans le foie, " Dit Tour. " L'un de nos collègues de Baylor a vu cela et a dit, 'Hey, on dirait que cela fait vivre les cellules du foie plus longtemps que la normale.
"La destruction oxydative des cellules hépatiques est normale, ce qui nous a fait penser que ce pourraient être de très bons charognards radicaux, ", a déclaré la tournée.
Kent a déclaré que les nanoparticules testées ne montraient aucun signe de toxicité, mais toutes les préoccupations restantes devraient être résolues par des tests supplémentaires. Les chercheurs ont découvert que la demi-vie des PEG-HCC dans le sang – le temps nécessaire à la moitié des particules pour quitter le corps – se situait entre deux et trois heures. Des tests avec différents types de cellules in vitro n'ont montré aucune toxicité, il a dit.
La recherche a également des implications pour les victimes d'AVC et les patients transplantés d'organes, Tour dit.
Prochain, l'équipe espère qu'un autre laboratoire reproduira ses résultats positifs. "Nous l'avons répété maintenant trois fois, et nous avons obtenu les mêmes résultats, donc nous sommes sûrs que cela fonctionne entre nos mains, ", a déclaré Kent.
