Wetenschappers van Rice University hebben ontdekt dat antioxidanten in planten en kruiden het gedrag nabootsen van zeer effectief grafeenoxide dat in biomedische toepassingen wordt gebruikt. De bevindingen, gerapporteerd in het tijdschrift Carbon, zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapieën op basis van deze natuurlijke verbindingen.

Grafeenoxide is een derivaat van grafeen, een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster. Het heeft aanzienlijke belangstelling getrokken op biomedisch gebied vanwege zijn unieke eigenschappen, waaronder een groot oppervlak, uitstekende biocompatibiliteit en sterke antioxiderende eigenschappen. De grootschalige productie van grafeenoxide wordt echter vaak geassocieerd met giftige chemicaliën en zware omstandigheden, waardoor de klinische vertaling ervan wordt beperkt.

In deze studie onderzochten de Rice-onderzoekers de antioxiderende eigenschappen van natuurlijk voorkomende verbindingen die bekend staan ​​als flavonoïden. Flavonoïden worden aangetroffen in een grote verscheidenheid aan planten en kruiden en er is aangetoond dat ze verschillende gezondheidsvoordelen bezitten, waaronder antioxiderende, ontstekingsremmende en kankerbestrijdende activiteiten.

Het team, onder leiding van Pulickel Ajayan, de Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson Professor in Engineering en hoogleraar materiaalkunde en nano-engineering, testte de antioxiderende eigenschappen van verschillende flavonoïden, waaronder quercetine, rutine en naringenine. Ze ontdekten dat deze verbindingen vergelijkbare antioxiderende eigenschappen vertoonden als grafeenoxide bij het wegvangen van reactieve zuurstofsoorten (ROS), schadelijke moleculen die cellen kunnen beschadigen en kunnen bijdragen aan chronische ziekten.

"We waren verrast toen we ontdekten dat deze natuurlijke verbindingen de antioxiderende activiteit van grafeenoxide konden nabootsen, waarvan bekend is dat het een van de meest effectieve antioxidanten is," zei Ajayan. "Deze ontdekking opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van natuurlijke antioxidanttherapieën."

De onderzoekers toonden verder aan dat flavonoïden, zoals grafeenoxide, cellen kunnen beschermen tegen door oxidatieve stress veroorzaakte schade. Ze stelden menselijke longcellen bloot aan waterstofperoxide, een sterk oxidatiemiddel dat celdood kan veroorzaken. Voorbehandeling met flavonoïden verminderde de celdood aanzienlijk, wat erop wijst dat deze verbindingen beschermende effecten tegen oxidatieve schade zouden kunnen bieden.

De studie biedt een proof-of-concept voor het gebruik van flavonoïden als potentiële therapeutische middelen voor oxidatieve stress-gerelateerde ziekten. Flavonoïden hebben verschillende voordelen ten opzichte van grafeenoxide, waaronder hun natuurlijke voorkomen, biocompatibiliteit en gebrek aan toxiciteit. Ze kunnen mogelijk worden gebruikt als voedingssupplementen of worden opgenomen in plaatselijke formuleringen voor huidverzorging en wondgenezing.

"Onze bevindingen benadrukken het potentieel van natuurlijke producten bij het nabootsen van de eigenschappen van synthetische materialen voor biomedische toepassingen", aldus Ajayan. "Deze aanpak zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van veiligere en duurzamere therapieën voor een reeks ziekten."