En nanopartikel som utvecklats vid Rice University och testats i samarbete med Baylor College of Medicine (BCM) kan ge stora fördelar för akutbehandling av hjärnskadade, även de med lindriga skador.
Kombinerade polyetylenglykol-hydrofila kolkluster (PEG-HCC), redan testas för att förbättra cancerbehandlingen, är också skickliga antioxidanter. I djurstudier, injektioner av PEG-HCC under inledande behandling efter en skada hjälpte till att återställa balansen i hjärnans kärlsystem.
Resultaten rapporterades denna månad i American Chemical Society journal ACS Nano .
En PEG-HCC-infusion som snabbt stabiliserar blodflödet i hjärnan skulle vara ett betydande framsteg för akutvårdspersonal och läkare på slagfältet, sa Rice-kemisten och medförfattaren James Tour.
"Detta kan vara en första försvarslinje mot reaktiva syrearter (ROS) som alltid överstimuleras under ett medicinskt trauma, oavsett om det gäller ett olycksoffer eller en skadad soldat, "sa Tour, Rices T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och datavetenskap. "De förvärras verkligen när det finns trauma med massiv blodförlust."
Vid en traumatisk hjärnskada, celler frigör en överdriven mängd av en ROS som kallas superoxid (SO) i blodet. Superoxider är giftiga fria radikaler, molekyler med en oparad elektron, som immunsystemet normalt använder för att döda invaderande mikroorganismer. Friska organismer balanserar SO med superoxiddismutas (SOD), ett enzym som neutraliserar det. Men även lätt hjärntrauma kan frigöra superoxider på nivåer som överväldigar hjärnans naturliga försvar.
"Superoxid är den mest skadliga av de reaktiva syrearterna, eftersom det är förfader till många av de andra, "Tour sa." Om du inte hanterar SO, det bildar peroxynitrit och väteperoxid. SO är föregångaren till många av nedströmsproblemen. "
SO påverkar den autoregulatoriska mekanismen som hanterar det känsliga cirkulationssystemet i hjärnan. I vanliga fall, kärl utvidgas när blodtrycket är lågt och förträngs när det är högt för att upprätthålla en jämvikt, men brist på reglering kan leda till hjärnskador utöver vad som kan ha orsakats av det första traumat.
"Det finns många aspekter av hjärnskada som i slutändan avgör hur mycket skada det kommer att bli, "sa Thomas Kent, tidningens medförfattare, en BCM -professor i neurologi och chef för neurologi vid Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center i Houston. "Den ena är den första skadan, och det är ganska mycket gjort på några minuter. Men ett antal saker som händer senare gör ofta saker värre, och det är då vi kan ingripa. "
Kent nämnde som exempel den andra utbrottet av fria radikaler som kan uppstå efter återupplivning efter skada. "Det är vad vi kan behandla:den ytterligare skada som händer på grund av nödvändigheten av att återställa någons blodtryck, som ger syre som leder till mer skadliga fria radikaler. "
I tester, forskarna hittade PEG-HCC-nanopartiklar omedelbart och släckte helt superoxidaktivitet och tillät det autoregulatoriska systemet att snabbt återfå balansen. Tour sa att ROS-molekyler lätt kombineras med PEG-HCC, genererar "en oskyldig kolbindning, så det är verkligen radikal förintelse. Det finns ingen sådan mekanism i biologin. "Även om ett SOD -enzym bara kan förändra en superoxidmolekyl åt gången, en enda PEG-HCC ungefär lika stor som ett stort protein vid 2-3 nanometer bred och 30-40 nanometer lång kan släcka hundratals eller tusentals. "Detta är ett tillfälle där ett paket i nanostorlek gör något som inga små droger eller proteiner kan göra, understryker effekten av aktiva nanobaserade läkemedel. "
"Det här är det mest anmärkningsvärt effektiva jag någonsin har sett, "Kent sa." Bokstavligen inom några minuter efter att ha injicerat det, det cerebrala blodflödet är normalt igen, och vi kan behålla det där med bara en enkel andra injektion. I slutet, Vi har normaliserat de fria radikalerna samtidigt som vi bevarat kväveoxid (vilket är viktigt för autoregulering). Dessa partiklar visade den antioxidantmekanism som vi tidigare hade identifierat som förutsägande för effektivitet. "
De första ledtrådarna till PEG-HCCs antioxidantkrafter kom under nanopartikeltoxicitetsstudier med MD Anderson Cancer Center. "Vi märkte att de sänkte alkaliskt fosfatas i levern, "Tour sa." En av våra Baylor -kollegor såg detta och sa:'Hallå, det ser ut som att det faktiskt gör att levercellerna lever längre än normalt. '
"Oxidativ förstörelse av leverceller är normalt, så det fick oss att tänka att det här kan vara riktigt bra radikala åtsugare, "Sa Tour.
Kent sa att de testade nanopartiklarna inte visade några tecken på toxicitet, men eventuella kvarvarande problem bör besvaras med ytterligare tester. Forskarna fann att halveringstiden för PEG-HCC i blodet-den tid det tar för halva partiklarna att lämna kroppen-att vara mellan två och tre timmar. Tester med olika celltyper in vitro visade ingen toxicitet, han sa.
Forskningen har konsekvenser även för strokeoffer och organtransplanterade patienter, Tour sa.
Nästa, laget hoppas få ett nytt labb att replikera sina positiva resultat. "Vi har upprepat det nu tre gånger, och vi fick samma resultat, så vi är säkra på att detta fungerar i våra händer, "Sa Kent.
