Neurodegeneratieve aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer, Parkinson en Huntington, treffen miljoenen mensen in de Verenigde Staten, en de kosten van de zorg voor mensen die met deze aandoeningen leven lopen op tot honderden miljarden dollars per jaar.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Texas in El Paso mogelijk een oplossing gevonden in gebruikt koffiedik, een materiaal dat elke dag uit huizen en bedrijven over de hele wereld wordt weggegooid.

Een team onder leiding van Jyotish Kumar, een promovendus bij de afdeling Scheikunde en Biochemie, en onder toezicht van Mahesh Narayan, Ph.D., een professor en Fellow van de Royal Society of Chemistry op dezelfde afdeling, ontdekte dat op cafeïnezuur gebaseerde Carbon Quantum Dots (CACQD’s), die afkomstig kunnen zijn van koffiedik, hebben het potentieel om hersencellen te beschermen tegen de schade veroorzaakt door verschillende neurodegeneratieve ziekten – als de aandoening wordt veroorzaakt door factoren zoals obesitas, leeftijd en blootstelling aan pesticiden en andere giftige milieuchemicaliën.

Hun werk wordt beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Research .

"Carbon Quantum Dots op basis van cafeïnezuur hebben het potentieel om transformatief te zijn bij de behandeling van neurodegeneratieve aandoeningen", aldus Kumar. "Dit komt omdat geen van de huidige behandelingen de ziekten oplost; ze helpen alleen de symptomen onder controle te houden. Ons doel is om een ​​geneesmiddel te vinden door de atomaire en moleculaire basis aan te pakken die deze aandoeningen veroorzaakt."

Neurodegeneratieve ziekten worden voornamelijk gekenmerkt door het verlies van neuronen of hersencellen. Ze belemmeren het vermogen van een persoon om basisfuncties uit te voeren, zoals beweging en spraak, evenals meer gecompliceerde taken, waaronder blaas- en darmfuncties, en cognitieve vaardigheden.

Wanneer de stoornissen zich in een vroeg stadium bevinden en worden veroorzaakt door levensstijl of omgevingsfactoren, hebben ze verschillende kenmerken gemeen. Deze omvatten verhoogde niveaus van vrije radicalen – schadelijke moleculen waarvan bekend is dat ze bijdragen aan andere ziekten zoals kanker, hartziekten en verlies van gezichtsvermogen – in de hersenen, en de aggregatie van fragmenten van amyloïdvormende eiwitten die kunnen leiden tot plaques of fibrillen in de hersenen. de hersenen.

Kumar en zijn collega's ontdekten dat CACQD's neuroprotectief waren in reageerbuisexperimenten, cellijnen en andere modellen van de ziekte van Parkinson toen de aandoening werd veroorzaakt door een pesticide genaamd paraquat. Het team constateerde dat de CACQD's in staat waren vrije radicalen te verwijderen of te voorkomen dat ze schade aanrichtten, en remden de aggregatie van amyloïde eiwitfragmenten zonder noemenswaardige bijwerkingen te veroorzaken.

Het team veronderstelt dat bij mensen, in het zeer vroege stadium van een aandoening zoals de ziekte van Alzheimer of Parkinson, een behandeling op basis van CACQD's effectief kan zijn bij het voorkomen van een volledige ziekte.

"Het is van cruciaal belang om deze aandoeningen aan te pakken voordat ze het klinische stadium bereiken," zei Narayan. "Op dat moment is het waarschijnlijk te laat. Alle huidige behandelingen die gevorderde symptomen van neurodegeneratieve ziekten kunnen aanpakken, liggen voor de meeste mensen eenvoudigweg buiten de mogelijkheden. Ons doel is om met een oplossing te komen die de meeste gevallen van deze aandoeningen in een mum van tijd kan voorkomen." kosten die voor zoveel mogelijk patiënten beheersbaar zijn."

Cafeïnezuur behoort tot een familie van verbindingen die polyfenolen worden genoemd. Dit zijn plantaardige verbindingen die bekend staan ​​om hun antioxiderende of vrije radicalen wegvangende eigenschappen. Cafeïnezuur is uniek omdat het de bloed-hersenbarrière kan binnendringen en zo zijn effecten kan uitoefenen op de cellen in de hersenen, aldus Narayan.

Het proces dat het team gebruikt om CACQD's uit gebruikt koffiedik te extraheren, wordt beschouwd als 'groene chemie', wat betekent dat het milieuvriendelijk is. In hun laboratorium "kookt" het team monsters van koffiedik gedurende vier uur bij 200°C om de koolstofstructuur van het cafeïnezuur te heroriënteren en CACQD's te vormen. De enorme overvloed aan koffiedik maakt het proces zowel economisch als duurzaam, aldus Narayan.

Naast Kumar hebben tientallen afgestudeerde en niet-gegradueerde UTEP-studenten met Narayan aan dit project gewerkt, waaronder Sofia Delgado, een voormalige UTEP-student die nu haar Ph.D. aan de Yale Universiteit.

Narayan en Kumar zeiden allebei dat ze weten dat de finish nog ver weg is. Maar voorlopig gaan ze verder op een reis die uiteindelijk kan leiden tot een medicijn (een pil misschien) dat de overgrote meerderheid van neurodegeneratieve aandoeningen kan voorkomen die door andere factoren dan genetica worden veroorzaakt.

Meer informatie: Jyotish Kumar et al, Recarbonisatie van cafeïnezuur:een platform voor groene chemie en duurzaam koolstofnanomateriaal om in te grijpen bij neurodegeneratie veroorzaakt door opkomende verontreinigingen, Milieuonderzoek (2023). DOI:10.1016/j.envres.2023.116932

Journaalinformatie: Milieuonderzoek

Aangeboden door de Universiteit van Texas in El Paso