Wetenschappers van het Texas A&M University Health Science Center (Texas A&M Health) hebben ontdekt dat een koolstofmateriaal van nanogrootte, afgeleid van de oxidatie van koolstofrijke bronnen, gebruikt zou kunnen worden om het Down-syndroom en andere aandoeningen geassocieerd met hoge niveaus van waterstofsulfide te behandelen.

Waterstofsulfide (H₂ S) is vooral bekend als een bijproduct van de aardolieproductie dat wordt gekenmerkt door een ‘rotte eieren’-geur. Dit schadelijke gas wordt ook op natuurlijke wijze geproduceerd door de anaërobe afbraak of fermentatie van organisch materiaal, waarbij bacteriën dierlijke mest, voedselafval en ander organisch materiaal afbreken in afwezigheid van zuurstof.

Waterstofsulfide wordt gesynthetiseerd in levende organismen, waar het een cruciale rol speelt in de bot-, hersenen-, lever- en nierfunctie, evenals de verwijding van bloedvaten reguleert en de elektronentransportketen aanvult.

Een van de meest bekende aandoeningen die gepaard gaan met hoge niveaus van waterstofsulfide is het syndroom van Down. Deze genetische aandoening wordt in de loop van de tijd in verband gebracht met een achteruitgang in de functie van veel systemen, waaronder het bewegingsapparaat en het zenuwstelsel. Eerdere studies hebben verondersteld dat het verminderen van de niveaus van circulerende H₂ S kan de functie verbeteren bij personen met het syndroom van Down. Waterstofsulfide is echter noodzakelijk voor een normale biologische functie, dus het direct remmen van synthetiserende enzymen kan schadelijk zijn.

Een innovatief en collaboratief onderzoek onder leiding van Dr. Thomas A. Kent, de Robert A. Welch Chair Professor aan het Texas A&M Health Institute of Biosciences and Technology en de Texas A&M University School of Medicine, onthult hoe een koolstofmateriaal van nanogrootte is afgeleid van de oxidatie van verschillende koolstofrijke bronnen kan fungeren als bemiddelaar van verschillende therapeutische reacties en de resultaten verbeteren in experimentele modellen, variërend van beroerte, bloeding, trauma en mitochondriale toxines.

Dit artikel, gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials , benadrukt het vermogen van het koolstofnanomateriaal om de functie en overleving in cellen afgeleid van het Downsyndroom te verbeteren.

Het onderzoek beschrijft hoe gemakkelijk gesynthetiseerde koolstofnanomaterialen een nieuwe aanpak kunnen bieden voor de behandeling van aandoeningen van toxische niveaus van waterstofsulfide bij aandoeningen zoals het syndroom van Down en vele andere.

In plaats van de productie ervan te blokkeren, wordt waterstofsulfide omgezet in zijn metabolieten die veel gunstige functies bieden, zoals het modificeren van eiwitten om hun vermogen om als antioxidanten te werken te verbeteren. Deze materialen fungeren als synthetische enzymen op nanogrootte, nanozymen genoemd, die tot nu toe in verschillende experimentele modellen geen duidelijke toxiciteit hebben laten zien en goed worden verdragen terwijl ze beschermen tegen zowel acute als chronische verwondingen.

"We zijn enthousiast over dit onderzoek omdat we geloven dat we een manier hebben ontdekt om veel aandoeningen te behandelen met behulp van op koolstof gebaseerde materialen en een eenvoudige, eenvoudige synthesemethode," zei Kent. "We hopen dat deze materialen een nieuwe aanpak zullen bieden voor de behandeling van aandoeningen met een hoog waterstofsulfidegehalte, door ze om te zetten in nuttige metabolieten, zoals geïllustreerd door het syndroom van Down.

"We blijven nieuwe acties vinden, die tot nu toe allemaal gunstig zijn en misschien slechts het topje van de ijsberg zijn van wat deze materialen kunnen doen om belangrijke biologische functies te ondersteunen onder omstandigheden waarin ze worden bedreigd", vervolgde hij.

Meer informatie: Paul J. Derry et al, Oxidatie van waterstofsulfide tot polysulfide en thiosulfaat door een koolstofnanozym:therapeutische implicaties met de nadruk op het downsyndroom, Geavanceerde materialen (2023). DOI:10.1002/adma.202211241

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Texas A&M University