Les nanoparticules injectables qui pourraient protéger une personne blessée contre d'autres dommages dus au stress oxydatif se sont avérées étonnamment efficaces lors de tests visant à étudier leur mécanisme.

Les scientifiques de l'Université Rice, Le Baylor College of Medicine et la faculté de médecine de l'Université du Texas Health Science Center à Houston (UTHealth) ont conçu des méthodes pour valider leur découverte de 2012 selon laquelle les clusters de polyéthylène glycol-carbone hydrophile, connus sous le nom de PEG-HCC, pourraient rapidement endiguer le processus de suroxydation qui peut causer des dommages dans les minutes et les heures qui suivent une blessure.

Les tests ont révélé qu'une seule nanoparticule peut rapidement catalyser la neutralisation de milliers de molécules d'espèces réactives de l'oxygène dommageables qui sont surexprimées par les cellules du corps en réponse à une blessure et transformer les molécules en oxygène. Ces espèces réactives peuvent endommager les cellules et provoquer des mutations, mais les PEG-HCC semblent avoir une énorme capacité à les transformer en substances moins réactives.

Les chercheurs espèrent une injection de PEG-HCC le plus tôt possible après une blessure, comme une lésion cérébrale traumatique ou un accident vasculaire cérébral, peut atténuer d'autres lésions cérébrales en rétablissant des niveaux d'oxygène normaux dans le système circulatoire sensible du cerveau.

Les résultats ont été communiqués aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Effectivement, ils ramènent le niveau d'espèces réactives de l'oxygène à la normale presque instantanément, " a déclaré le chimiste de Rice James Tour. " Cela pourrait être un outil utile pour les secouristes qui ont besoin de stabiliser rapidement une victime d'un accident ou d'une crise cardiaque ou de soigner des soldats sur le champ de bataille. " Tour a dirigé la nouvelle étude avec le neurologue Thomas Kent de Baylor Collège de médecine et biochimiste Ah-Lim Tsai de UTHealth.

Les PEG-HCC mesurent environ 3 nanomètres de large et 30 à 40 nanomètres de long et contiennent de 2, 000 à 5, 000 atomes de carbone. Dans les essais, une nanoparticule de PEG-HCC peut catalyser la conversion de 20, 000 à un million de molécules d'espèces réactives de l'oxygène par seconde en oxygène moléculaire, dont les tissus endommagés ont besoin, et le peroxyde d'hydrogène tout en trempant les intermédiaires réactifs.

Tour et Kent ont dirigé les recherches antérieures qui ont déterminé qu'une perfusion de PEG-HCC non toxiques peut rapidement stabiliser le flux sanguin dans le cerveau et protéger contre les molécules réactives de l'oxygène surexprimées par les cellules lors d'un traumatisme médical, surtout lorsqu'il s'accompagne d'une perte de sang massive.

Leurs recherches ciblaient les traumatismes crâniens, après quoi les cellules libèrent une quantité excessive d'espèces réactives de l'oxygène appelées superoxyde dans le sang. Ces radicaux libres toxiques sont des molécules avec un électron non apparié que le système immunitaire utilise pour tuer les micro-organismes envahisseurs. En petites concentrations, ils contribuent à la régulation énergétique normale d'une cellule. Généralement, ils sont contrôlés par la superoxyde dismutase, une enzyme qui neutralise les superoxydes.

Mais même des traumatismes légers peuvent libérer suffisamment de superoxydes pour submerger les défenses naturelles du cerveau. À son tour, les superoxydes peuvent former d'autres espèces réactives de l'oxygène comme le peroxynitrite qui causent des dommages supplémentaires.

"La recherche actuelle montre que les PEG-HCC agissent de manière catalytique, extrêmement rapide et avec une énorme capacité à neutraliser des milliers et des milliers de molécules délétères, en particulier les radicaux superoxyde et hydroxyle qui détruisent les tissus normaux lorsqu'ils ne sont pas régulés, ", a déclaré la tournée.

"Ce sera important non seulement dans le traitement des lésions cérébrales traumatiques et des accidents vasculaires cérébraux, mais pour de nombreuses blessures aiguës de tout organe ou tissu et dans les procédures médicales telles que la transplantation d'organes, " a-t-il dit. " Chaque fois que les tissus sont stressés et donc privés d'oxygène, du superoxyde peut se former pour attaquer davantage les bons tissus environnants."

Les chercheurs ont utilisé une technique de spectroscopie de résonance paramagnétique électronique qui obtient des informations directes sur la structure et la vitesse des radicaux superoxyde en comptant les électrons non appariés en présence ou en l'absence d'antioxydants PEG-HCC. Un autre test avec une électrode de détection d'oxygène, la peroxydase et un colorant rouge ont confirmé la capacité des particules à catalyser la conversion du superoxyde.

" En contraste frappant avec la superoxyde dismutase bien connue, Le PEG-HCC n'est pas une protéine et n'a pas de métal pour jouer le rôle catalytique, " Tsai a dit. " Le chiffre d'affaires catalytique efficace pourrait être dû à son plus « planaire, "noyau de carbone hautement conjugué."

Les tests ont montré que le nombre de superoxydes consommés dépassait de loin le nombre de sites de liaison PEG-HCC possibles. Les chercheurs ont découvert que les particules n'ont aucun effet sur les oxydes nitriques importants qui maintiennent les vaisseaux sanguins dilatés et contribuent à la neurotransmission et à la protection cellulaire. l'efficacité n'était pas non plus sensible aux changements de pH.

"Les PEG-HCC ont une énorme capacité à convertir le superoxyde en oxygène et la capacité d'éteindre les intermédiaires réactifs sans affecter les molécules d'oxyde nitrique qui sont bénéfiques en quantités normales, " a déclaré Kent. " Ils occupent donc une place unique dans notre arsenal potentiel contre une gamme de maladies qui impliquent une perte d'oxygène et des niveaux dommageables de radicaux libres. "

L'étude a également déterminé que les PEG-HCC restent stables, car les lots jusqu'à 3 mois sont comme neufs.