Le chimiste de l'Université Rice, James Tour, détient du charbon et un flacon de points quantiques de graphène dérivés du charbon. Les points ont été modifiés pour être utilisés comme un antioxydant efficace. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les points quantiques de graphène tirés du charbon commun peuvent être la base d'un antioxydant efficace pour les personnes qui souffrent de lésions cérébrales traumatiques, accidents vasculaires cérébraux ou crises cardiaques.
Leur capacité à éteindre le stress oxydatif après de telles blessures fait l'objet d'une étude menée par des scientifiques de l'Université Rice, le Texas A&M Health Science Center et la McGovern Medical School du University of Texas Health Science Center à Houston (UTHealth).
Les points quantiques sont des matériaux semi-conducteurs suffisamment petits pour présenter des propriétés mécaniques quantiques qui n'apparaissent qu'à l'échelle nanométrique.
Le chimiste du riz James Tour, Le neurologue A&M Thomas Kent et le biochimiste d'UTHealth Ah-Lim Tsai et leurs équipes ont trouvé les points biocompatibles, lorsqu'il est modifié avec un polymère commun, sont des imitateurs efficaces de la superoxyde dismutase du corps, l'une des nombreuses enzymes naturelles qui contrôlent le stress oxydatif.
Mais parce que les antioxydants naturels peuvent être dépassés par la production rapide d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui se précipitent pour guérir une blessure, l'équipe travaille depuis des années pour voir si une injection rapide de nanomatériaux réactifs peut limiter les dommages collatéraux que ces radicaux libres peuvent causer aux cellules saines.
Une étude antérieure du trio a montré que les clusters hydrophiles modifiés avec du polyéthylène glycol (PEG) pour améliorer leur solubilité et leur stabilité biologique sont efficaces pour éteindre le stress oxydatif, comme une seule nanoparticule avait la capacité de neutraliser des milliers de molécules ROS.
La structure chimique d'une boîte quantique de graphène dérivée du charbon. Les points ont d'abord été synthétisés à l'Université Rice pour l'imagerie médicale, sentir, applications électroniques et photovoltaïques, mais ont maintenant été modifiés pour une utilisation possible comme antioxydants injectables. Crédit :Tour Group/Rice University
"Le remplacement de nos anciennes nanoparticules par des points quantiques dérivés du charbon rend beaucoup plus simple et moins coûteux la production de ces matériaux potentiellement thérapeutiques, ", a déclaré Tour. "Cela ouvre la porte à des thérapies plus facilement accessibles."
Des tests sur des lignées cellulaires ont montré qu'un mélange de points quantiques de PEG et de graphène à partir de charbon commun est tout aussi efficace pour stopper les dommages causés par le superoxyde et le peroxyde d'hydrogène que les matériaux précédents, mais les points eux-mêmes sont plus en forme de disque que les grappes en forme de ruban.
Les résultats sont publiés dans la revue American Chemical Society Matériaux et interfaces appliqués ACS .
Le laboratoire Tour a extrait les points quantiques du charbon pour la première fois en 2013 et a rendu compte de leur potentiel pour l'imagerie médicale, sentir, applications électroniques et photovoltaïques. Une étude ultérieure a montré comment ils peuvent être conçus pour des propriétés semi-conductrices spécifiques.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont évalué les points électrochimiques, activité chimique et biologique. Le laboratoire Rice a extrait chimiquement des points quantiques à partir de charbon bitumineux et anthracite bon marché, les ont modifiés avec le polymère et testé leurs capacités sur des cellules vivantes de rongeurs.
Points quantiques de graphène dérivés du charbon vus au microscope électronique. Les scientifiques de l'Université Rice ont modifié les points pour qu'ils servent d'antioxydants. Crédit :Tour Group/Rice University
Les résultats ont montré que les doses de points quantiques à diverses concentrations étaient très efficaces pour protéger les cellules de l'oxydation, même si les doses ont été retardées de 15 minutes après que les chercheurs ont ajouté du peroxyde d'hydrogène nocif aux boîtes de culture cellulaire.
Le disque, Les points quantiques bitumineux de 3 à 5 nanomètres sont plus petits que les points anthracite de 10 à 20 nanomètres. Les chercheurs ont découvert que le niveau de protection était dose-dépendant pour les deux types de particules, mais que les points plus gros dérivés de l'anthracite protégeaient plus de cellules à des concentrations plus faibles.
"Bien qu'ils travaillent tous les deux dans des cellules, in vivo, les plus petits sont plus efficaces, ", a déclaré Tour. "Les plus gros ont probablement aussi du mal à accéder au cerveau."
