Stal, biocompatibele microcapsules van het laboratorium van Eugenia Kharlampieva, doctoraat, hebben een nieuwe kracht gekregen:het vermogen om reactieve zuurstofsoorten op te ruimen.

Dit kan de overleving van microcapsules in het lichaam bevorderen, aangezien de kleine polymeercapsules een medicijn of andere biomoleculen dragen, zegt Charlampieva, universitair hoofddocent scheikunde aan de Universiteit van Alabama aan het Birmingham College of Arts and Sciences. De microcapsules kunnen ook worden gebruikt in antioxidanttherapie of in industriële toepassingen waar het wegvangen van vrije radicalen nodig is.

Reactieve zuurstofsoorten spelen een Janus-achtige rol in het lichaam - ze kunnen een wapen zijn tegen ziekteverwekkers wanneer ze door het immuunsysteem worden geproduceerd; maar overmatige productie van reactieve zuurstofsoorten tijdens biologische stress kan menselijke cellen beschadigen bij ziekten zoals diabetes, atherosclerose, Ziekte van Alzheimer, nierziekte en kanker.

Huidige natuurlijke en synthetische antioxidanten missen biocompatibiliteit en biologische beschikbaarheid, en ze zijn chemisch onstabiel. Dit betekent dat ze een beperkt vermogen hebben om reactieve zuurstofsoorten op te vangen. De nieuwe microcapsules vertonen deze beperkingen niet, en ze kunnen een manier zijn om oxidatieve stress lokaal te moduleren.

Kharlampieva en collega's beschrijven de constructie en eigenschappen van deze nieuwe microcapsules in de paper "Manganoporphyrin-polyphenol multilayer capsules as radical and ROS scavengers, " gepubliceerd in Chemie van materialen , een publicatie van de American Chemical Society. Afgestudeerde student Aaron Alford en onderzoeksmedewerker Veronika Kozlovskaya, doctoraat, zijn co-eerste auteurs, en Hubert Tse, doctoraat, universitair hoofddocent microbiologie aan de UAB School of Medicine, is co-corresponderende auteur met Kharlampieva.

De UAB-onderzoekers hebben eerdere ervaring met het maken en testen van biocompatibele microcapsules met afwisselende lagen looizuur en poly(N-vinylpyrrolidon), of TA/PVPON. De lagen worden gevormd rond een offerkern, zoals vast silica, dat wordt opgelost nadat de lagen zijn voltooid.

Looizuur is een natuurlijke antioxidant, en de TA/PVPON-microcapsules hebben enig vermogen om reactieve zuurstofspecies weg te vangen. Echter, ze verliezen dat vermogen en beginnen af ​​te breken bij langdurige blootstelling aan de zuurstofradicalen.

Dus, het Kharlampieva-team onderzocht het toevoegen van een metalloporfyrine aan de PVPON-laag van de TA / PVPON-microcapsules.

specifiek, ze bedachten een synthese om een ​​manganoporfyrine covalent aan het PVPON te hechten. De toevoeging van deze hangende katalysator creëerde een MnP-PVPON/TA-capsule met de volgende kenmerken:1) de microcapsules verwijderen synergetisch reactieve zuurstofspecies, inclusief superoxide en waterstofperoxide, met dramatisch verhoogde snelheden vergeleken met ongemodificeerde TA/PVPON-microcapsules; 2) de microcapsule wordt niet afgebroken bij langdurige blootstelling aan reactieve zuurstofsoorten; en 3) de microcapsules zijn niet-toxisch voor splenocyten van muizen.

Verder, het manganoporfyrine zat stabiel in de microcapsule zonder afgifte, en onderzoekers toonden aan dat zowel manganoporfyrine als looizuur nodig waren voor de synergetische opruiming van reactieve zuurstofsoorten.

De aanwezigheid van het manganoporfyrine interfereerde niet met de constructie van de microcapsules in afwisselende lagen, en de MnP-PVPON/TA-capsules hadden een verhoogde bevochtigbaarheid in vergelijking met de PVPON/TA-capsule, wat kan helpen bij het onderhoud van microcapsules in het bloed. De microcapsules hadden vijf of vijf en een halve dubbellaag die rond een silicadeeltje van 4 micrometer was geplaatst.

Biologische experimenten met de MnP-PVPON/TA-capsules zijn aan de gang.