Oxidanten die in levende organismen worden aangetroffen, zijn bijproducten van het metabolisme en zijn essentieel voor wondgenezing en immuniteit. Echter, wanneer hun concentraties te hoog worden, ontsteking en weefselbeschadiging kunnen optreden. Ingenieurs van de Universiteit van Illinois hebben een nieuw medicijnafgiftesysteem ontwikkeld en getest dat hoge oxidantniveaus detecteert en reageert door precies de juiste hoeveelheid antioxidant toe te dienen om dit delicate evenwicht te herstellen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Klein .

Veel geneesmiddelen bevatten gespecialiseerde polymeren en deeltjes die de timing of concentratie regelen van het geneesmiddel dat vrijkomt nadat het is toegediend, aldus de onderzoekers. Echter, deze additieven kunnen de kristallisatie belemmeren tijdens de productiefase van sommige medicijnen, zoals antioxidanten, waardoor ze op een ongecontroleerde manier in het lichaam oplossen.

"We zagen hier een kans om een ​​ander soort medicijnafgiftesysteem te ontwikkelen dat het niveau van oxidant in een systeem kon detecteren en reageren door zo nodig antioxidant toe te dienen, ", zei professor in chemische en biomoleculaire engineering en co-auteur Hyunjoon Kong.

Kong en zijn team hebben een manier gevonden om catechinekristallen - de heldergroene antioxidant die in groene thee wordt aangetroffen - te assembleren met behulp van een polymeer dat kan detecteren wanneer de concentratie aan oxidatiemiddel te hoog wordt. De onderzoekers testten de responsiviteit van het resulterende catechinekristalbevattende polymeer in de gewone zoetwater planktonische schaaldier Daphnia magna, de watervlo.

"Hartslag is een indicatie van de mate waarin potentieel giftige chemicaliën de fysiologie van watervlooien beïnvloeden, Kong zei. "Daphnids worden vaak gebruikt om de milieueffecten op ecologische systemen te controleren, en omdat hun hart lijkt op dat van gewervelde dieren, ze worden ook gebruikt om de werkzaamheid van cardioprotectieve geneesmiddelen te evalueren."

De onderzoekers stelden de watervlooien bloot aan water dat verontreinigd was met subletale concentraties van het natuurlijke oxidatiemiddel waterstofperoxide terwijl ze hun hartslag in de gaten hielden. Ze ontdekten dat de gemiddelde hartslag van de watervlooien daalde van 348 naar 290 en 277 slagen per minuut. afhankelijk van de gebruikte concentratie waterstofperoxide.

Toen het team het nieuwe catechinekristal, geassembleerd met polymeer, aan het experiment toevoegde, de watervlooien herstelden uiteindelijk een bijna normale hartslag.

Naast de potentiële farmaceutische toepassingen voor het nieuwe polymeer, Kong's groep onderzoekt het gebruik ervan om de impact van sterk oxiderende chemicaliën in natuurlijke waterwegen te beperken.

"Waterstofperoxide wordt vaak gebruikt om water te reinigen dat vervuild is door overmatige algen, en dit roept bezorgdheid op over hoe het oxidatiemiddel levende organismen in water kan beïnvloeden, " zei hij. "We denken dat dit nieuwe systeem voor de levering van antioxidanten kan worden gebruikt om het probleem van overgeoxideerd natuurlijk water aan te pakken."

De onderzoekers zijn van plan door te gaan met de ontwikkeling van het polymeer voor farmaceutisch en milieugebruik. "Deze studie bewees een concept, maar we hebben meer werk te doen, "Zei Kong. "Er is bezorgdheid over de veiligheid van het specifieke polymeer dat we hebben gebruikt - polyethyleeniminediselenide - maar we komen dicht bij het vinden van een levensvatbare vervanging."