Een nanodeeltje ontwikkeld aan de Rice University en getest in samenwerking met Baylor College of Medicine (BCM) kan grote voordelen opleveren voor de spoedbehandeling van slachtoffers van hersenletsel, zelfs mensen met lichte verwondingen.

Gecombineerde polyethyleenglycol-hydrofiele koolstofclusters (PEG-HCC), al getest om de behandeling van kanker te verbeteren, zijn ook bedreven antioxidanten. In dierstudies, injecties van PEG-HCC tijdens de eerste behandeling na een verwonding hielpen het evenwicht in het vasculaire systeem van de hersenen te herstellen.

De resultaten werden deze maand gerapporteerd in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Een PEG-HCC-infusie die de bloedstroom in de hersenen snel stabiliseert, zou een belangrijke stap vooruit zijn voor hulpverleners en medici op het slagveld. zei Rice-chemicus en co-auteur James Tour.

"Dit kan een eerste verdedigingslinie zijn tegen reactieve zuurstofsoorten (ROS) die altijd worden overgestimuleerd tijdens een medisch trauma, of het nu gaat om een ​​slachtoffer van een ongeval of een gewonde soldaat, " zei Toer, Rice's TT en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en informatica. "Ze worden zeker verergerd als er een trauma is met massaal bloedverlies."

Bij een traumatisch hersenletsel, cellen geven een overmatige hoeveelheid van een ROS af dat bekend staat als superoxide (SO) in het bloed. Superoxiden zijn giftige vrije radicalen, moleculen met één ongepaard elektron, die het immuunsysteem normaal gesproken gebruikt om binnendringende micro-organismen te doden. Gezonde organismen balanceren SO met superoxide dismutase (SOD), een enzym dat het neutraliseert. Maar zelfs een mild hersentrauma kan superoxiden afgeven op niveaus die de natuurlijke afweer van de hersenen overweldigen.

"Superoxide is de meest schadelijke van de reactieve zuurstofsoorten, omdat het de stamvader is van veel van de anderen, " zei Tour. "Als je niet met SO omgaat, het vormt peroxynitriet en waterstofperoxide. SO is de stroomopwaartse voorloper van veel van de stroomafwaartse problemen."

SO beïnvloedt het autoregulerende mechanisme dat het gevoelige circulatiesysteem in de hersenen beheert. Normaal gesproken, bloedvaten verwijden zich wanneer de bloeddruk laag is en vernauwen wanneer de bloeddruk hoog is om een ​​evenwicht te behouden, maar een gebrek aan regulatie kan leiden tot hersenbeschadiging die verder gaat dan wat veroorzaakt kan zijn door het eerste trauma.

"Er zijn veel facetten van hersenletsel die uiteindelijk bepalen hoeveel schade er zal zijn, " zei Thomas Kent, de co-auteur van de krant, een BCM-hoogleraar neurologie en hoofd neurologie aan het Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center in Houston. "Een daarvan is de eerste blessure, en dat is vrijwel binnen enkele minuten gedaan. Maar een aantal dingen die later gebeuren, maken het vaak erger, en dan kunnen we ingrijpen."

Kent noemde als voorbeeld de tweede uitbarsting van vrije radicalen die kan optreden na reanimatie na een blessure. "Dat is wat we kunnen behandelen:de verdere verwonding die ontstaat vanwege de noodzaak om iemands bloeddruk te herstellen, dat zorgt voor zuurstof die leidt tot meer schadelijke vrije radicalen."

Bij testen, de onderzoekers ontdekten dat PEG-HCC-nanodeeltjes de superoxide-activiteit onmiddellijk en volledig doofden en dat het autoregulerende systeem snel zijn evenwicht kon herwinnen. Tour zei dat ROS-moleculen gemakkelijk kunnen worden gecombineerd met PEG-HCC's, het genereren van "een onschadelijke dubbele koolstofbinding, dus het is echt radicale vernietiging. Er is geen dergelijk mechanisme in de biologie." Hoewel een SOD-enzym slechts één superoxidemolecuul tegelijk kan veranderen, een enkele PEG-HCC ter grootte van een groot eiwit van 2-3 nanometer breed en 30-40 nanometer lang kan honderden of duizenden doven. "Dit is een gelegenheid waarbij een verpakking van nanoformaat iets doet dat geen enkel klein medicijn of eiwit zou kunnen doen, onderstreept de werkzaamheid van actieve op nano gebaseerde medicijnen."

"Dit is het meest opmerkelijk effectieve wat ik ooit heb gezien, "Zei Kent. "Letterlijk binnen enkele minuten na het injecteren, de cerebrale bloedstroom is weer normaal, en we kunnen het daar houden met slechts een simpele tweede injectie. Uiteindelijk, we hebben de vrije radicalen genormaliseerd met behoud van stikstofmonoxide (wat essentieel is voor autoregulatie). Deze deeltjes toonden het antioxidantmechanisme dat we eerder hadden geïdentificeerd als voorspellend voor de effectiviteit."

De eerste aanwijzingen voor de antioxiderende kracht van PEG-HCC kwamen tijdens toxiciteitsstudies met nanodeeltjes met het MD Anderson Cancer Center. "We merkten dat ze alkalische fosfatase in de lever verlaagden, " zei Tour. "Een van onze Baylor-collega's zag dit en zei:'Hallo, het lijkt erop dat de levercellen daardoor langer leven dan normaal.'

"Oxidatieve vernietiging van levercellen is normaal, dus dat zette ons aan het denken dat dit echt goede radicale aaseters zouden kunnen zijn, ' zei Tour.

Kent zei dat de geteste nanodeeltjes geen tekenen van toxiciteit vertoonden, maar eventuele resterende zorgen moeten worden beantwoord door verdere tests. De onderzoekers vonden de halfwaardetijd van PEG-HCC's in het bloed - de tijd die de helft van de deeltjes nodig heeft om het lichaam te verlaten - tussen de twee en drie uur. Tests met verschillende celtypes in vitro toonden geen toxiciteit, hij zei.

Het onderzoek heeft implicaties voor slachtoffers van een beroerte en ook voor orgaantransplantatiepatiënten, zei toer.

Volgende, het team hoopt dat een ander laboratorium de positieve resultaten kan repliceren. "We hebben het nu drie keer herhaald, en we kregen dezelfde resultaten, dus we weten zeker dat dit in onze handen werkt, ' zei Kent.