Ondanks de brede toepassing van straling in diagnostiek en behandelingen, er is nog steeds geen magisch materiaal om mensen te beschermen tegen blootstelling aan straling. Hoewel Amifostine is ontwikkeld als een radioprotectant, de FDA keurde haar aanvraag alleen goed voor de bescherming van speekselklieren. Het vereist ook herhaalde injecties om effectief te zijn en het kan ernstige gezondheidsbedreigingen met zich meebrengen door systemische toxiciteit en complicaties wanneer het wordt toegepast op personen onder totale lichaamsbestraling.

Onderzoekers van het Center for Nanoparticle Research, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea) in samenwerking met hun collega's aan de Seoul National University, School voor tandheelkunde en tandheelkundig onderzoeksinstituut, hebben een zeer effectief en veilig nanokristal gerapporteerd om gevaarlijke doses straling te bestrijden. Door mangaanoxide (Mn ₃ O ₄ ) nanokristallen bovenop Ceriumoxide (CeO ₂ ) nanokristallen, het onderzoeksteam verhoogde de katalytische activiteit van CeO ₂ /Mn ₃ O ₄ nanokristallen in hun vermogen om bijwerkingen van dodelijke straling af te wenden.

"Overmatige reactieve zuurstofsoorten (ROS) worden aangetroffen bij een aantal belangrijke ziekten, waaronder sepsis, kanker, hart-en vaatziekte, en de ziekte van Parkinson, om er een paar te noemen, " zegt Hyeon Taeghwan, directeur van het IBS Center for Nanoparticle Research (Seoul National University Distinguished Professor). "Een krachtige antioxidant die alleen in lage doses kan werken, kan zorgen voor duurzame toepassingen van straling in medische, industriële en militaire instellingen en meer. Deze nieuwe CeO ₂ /Mn ₃ O ₄ heterogestructureerde nanokristallen zijn vijf keer sterker dan wanneer CeO ₂ of Mn ₃ O ₄ doet het werk alleen, " merkt directeur Hyeon op.

Wanneer ons lichaam wordt blootgesteld aan hoge stralingsniveaus, een enorme hoeveelheid ROS wordt binnen milliseconden gegenereerd door de ontbinding van watermoleculen. Deze ROS beschadigen cellen ernstig, uiteindelijk tot hun dood leiden. Het onderzoeksteam keek naar CeO ₂ en Mn ₃ O ₄ nanodeeltjes vanwege hun uitstekende ROS-opruimingscapaciteiten. De uitdaging was hoe deze antioxidant-nanomaterialen op een veilige en economische manier kunnen worden toegepast. Hoewel effectief, Directeur ₂ en Mn ₃ O ₄ nanodeeltjes kunnen ROS alleen in hoge doses verwijderen. Het zijn ook zeldzame materialen en moeilijk te verkrijgen.

De onderzoekers baseerden zich op de benadering die gewoonlijk wordt gevolgd op het gebied van katalyse:het stapelen van nanodeeltjes met verschillende roosterparameters resulteert in oppervlaktespanning en verhoogt de zuurstofvacatures op het oppervlak van het nanokristal. "Het synergetische effect van de stam gegenereerd op Mn ₃ O ₄ en het toegenomen zuurstoftekort op de CeO ₂ oppervlak verbeterde de oppervlaktebindingsaffiniteit van de ROS, het stimuleren van de katalytische activiteit van de nanokristallen, "Han zong Ihn, de eerste auteur van de studie, verklaart.

"Strain engineering van nanokristallen, voornamelijk bestudeerd op het gebied van katalysatoren, is nu uitgebreid naar het medische veld om cellen te beschermen tegen ROS-gerelateerde ziekten, " zegt Cho Min Gee, de co-eerste auteur van de studie.

Het onderzoeksteam controleerde de veiligheid, evenals de effectiviteit van deze nieuwe antioxiderende nanokristallen. Moleculaire dynamiek wordt geanalyseerd met behulp van een acuut stralingsmodel van menselijke darmorganoïden. "Organoïden voorbehandeld met CeO ₂ /Mn ₃ O ₄ nanokristallen brachten meer genen tot expressie die gerelateerd waren aan proliferatie en onderhoud van darmstamcellen en minder celdoodgenen, vergeleken met de groep zonder voorbehandeling, " legt Sang-woo Lee uit, de eerste co-auteur van de studie. In een muizenstudie de CEO ₂ /Mn ₃ O ₄ nanokristallen verhoogden de overlevingskans van de dieren significant tot 67% met slechts een zeer kleine dosis (1/360 van de amifostine-injectiedosis) en verminderden de oxidatieve stress naar interne organen, circulatie, en beenmergcellen, zonder enige significante tekenen van toxiciteit

"Om een ​​veilige en brede toepassing van een radioprotectant in de kliniek te garanderen, de sleutel is om een ​​hoge katalytische werkzaamheid in lage doses te behouden. deze CeO ₂ /Mn ₃ O ₄ nanokristallen bewijzen hun krachtige antioxiderende effecten om ons hele lichaam effectief te beschermen, alleen in kleine doses, " zegt Park Kyungpyo, hoogleraar aan de afdeling Tandheelkunde, Nationale Universiteit van Seoul.