Химик риса Вики Колвин возглавила команду, которая создала маленькие однородные сферы из оксида церия и покрыла их тонким слоем жирной олеиновой кислоты, чтобы сделать их биосовместимыми. Исследователи говорят, что их открытие может помочь в лечении черепно-мозговой травмы, остановки сердца и у пациентов с болезнью Альцгеймера, а также может защитить от радиационно-индуцированных побочных эффектов у онкологических больных.
Их наночастицы также могут защитить космонавтов от длительного воздействия радиации в космосе и, возможно, даже замедлить эффекты старения, сообщили они.Исследование появилось в этом месяце в журнале Американского химического общества ACS Nano.Нанокристаллы оксида церия обладают способностью поглощать и выделять ионы кислорода — химическая реакция, известная как восстановительное окисление, или сокращенно окислительно-восстановительный потенциал. Это тот же процесс, который позволяет каталитическим нейтрализаторам в автомобилях поглощать и устранять загрязняющие вещества.
Частицы, произведенные в Райсе, достаточно малы, чтобы попасть в кровоток, когда органы нуждаются в защите от окисления, особенно после травм, когда резко увеличивается количество активных форм кислорода (АФК).По ее словам, частицы церия начинают действовать немедленно, поглощая свободные радикалы АФК, и продолжают работать с течением времени, поскольку частицы возвращаются в свое исходное состояние. Этот процесс остается загадкой.
Кислород, выделяющийся в процессе, «не будет сверхреактивным», — сказала она.Колвин сказал, что оксид церия, форма церия из редкоземельного металла, остается относительно стабильным, поскольку он циклически колеблется между оксидом церия III и IV. В первом состоянии наночастицы имеют зазоры на своей поверхности, которые поглощают ионы кислорода, как губка. Когда оксид церия III смешивается со свободными радикалами, он катализирует реакцию, которая эффективно разрушает АФК, захватывая атомы кислорода и превращаясь в оксид церия IV.
Она сказала, что частицы оксида церия IV медленно высвобождают захваченный кислород и превращаются в оксид церия III и могут снова и снова разрушать свободные радикалы.Колвин сказал, что крошечный размер наночастиц делает их эффективными поглотителями кислорода.«Чем меньше частицы, тем больше у них площади поверхности для захвата свободных радикалов», — сказал Колвин. «Грамм этих наночастиц может иметь площадь поверхности футбольного поля, и это дает много места для поглощения кислорода».
По ее словам, ни одна из частиц оксида церия, изготовленных до того, как Райс решила эту проблему, не была достаточно стабильной для использования в биологических условиях. «Мы создали однородные частицы, поверхность которых действительно четко очерчена, и мы нашли безводный метод производства, позволяющий максимизировать поверхностные зазоры, доступные для поглощения кислорода».Колвин сказал, что нанести полимерное покрытие на сферы размером 3,8 нм относительно просто. Покрытие достаточно тонкое, чтобы пропускать кислород к частице, но достаточно прочное, чтобы защитить его во время многих циклов поглощения АФК.
При тестировании с перекисью водорода, сильным окислителем, исследователи обнаружили, что их наиболее эффективные наночастицы оксида церия III работали в девять раз лучше, чем обычный антиоксидант, тролокс, при первом воздействии и хорошо выдерживали 20 циклов окисления-восстановления.
«Следующим логическим шагом для нас является пассивное нацеливание», — сказал Колвин. «Для этого мы планируем прикрепить антитела к поверхности наночастиц, чтобы их привлекали определенные типы клеток, и мы будем оценивать эти модифицированные частицы в более реалистичных биологических условиях».Колвин очень рад возможности помочь онкологическим больным, проходящим лучевую терапию.«Существующие радиопротекторы нужно вводить в невероятно высоких дозах», — сказала она. «У них есть свои побочные эффекты, и отличных вариантов не так много».
Она сказала, что самообновляющийся антиоксидант, который может оставаться на месте для защиты органов, будет иметь явные преимущества по сравнению с токсичными радиозащитными средствами, которые необходимо удалить из организма, прежде чем они повредят здоровые ткани.«Наверное, самое интересное в этом заключается в том, что большая часть наномедицины связана с использованием магнитных и оптических свойств наноматериалов, и у нас есть отличные примеры этого в Райс», — сказал Колвин. «Но особые свойства наночастиц редко используются в медицине.«Что мне нравится в этой работе, так это то, что она открывает часть нанохимии, а именно катализ, для медицинского мира. Церий III и IV — это электронные шаттлы, которые имеют широкое применение, если мы сможем сделать химию доступной в биологических условиях.
«И, кроме всего прочего, этот скромный материал поступает из каталитического нейтрализатора», — сказала она.