Ett internationellt vetenskapsteam har utvecklat ett innovativt terapeutiskt komplex baserat på flerskiktiga polymernanostrukturer av superoxiddismutas (SOD). Den nya substansen kan användas för att effektivt rehabilitera patienter efter akuta ryggradsskador, slag, och hjärtinfarkter.

En av de mest förödande formerna av trauma mot människokroppen är en ryggmärgsskada, ett allvarligt kliniskt problem runt om i världen. Förutom den direkta skadan på nervfibrer, efterföljande problem som överproduktion av fria radikaler och inflammation utgör också en allvarlig risk.

Ryggmärgsskador, stroke och hjärtstillestånd orsakas av slag, spruckna blodkärl och vävnadsnekros. När blodartärerna drar ihop sig eller blir igensatta inuti ett organs intilliggande vävnader, detta leder till hypoxi, en patologisk process kopplad till syrebrist. Denna faktor blockerar den sista länken i andningskedjan på cellnivå och skapar ett för stort antal så kallade fria radikaler eller aktiva former av syre. De, i tur och ordning, förstöra cellmembran och initiera en sekvens av reaktioner som skadar och förstör kroppens celler och vävnader. Dessa komplikationer skadar ryggmärgen ytterligare och dödar nervceller, göra den kliniska bilden ännu mer komplicerad.

Ett internationellt team av forskare från Ryssland och USA, organiserad av Maxim Abakumov, chefen för NUST MISIS Biomedical Nanomaterials Laboratory, har identifierat en lösning på problemet med patologisk bildning av fria radikaler i fall av ryggradsskador eller stroke. Ett innovativt terapeutiskt komplex baserat på syntetiserade nanopartikelantioxidanter kommer att bidra till att skapa ett effektivt rehabiliteringssystem. Forskningsresultaten publicerades nyligen i Journal of Controlled Release .

En speciell jäsning/antioxidant som kallas superoxiddismutas (SOD1) fungerar som ett effektivt medel som naturligt absorberar fria radikaler. Om det levereras tillräckligt snabbt till ett skadat organ, det kan mildra den stressande oxidationsprocessen som orsakas av ett för stort antal fria radikaler, och därmed stoppa processen med vävnadsförstörelse. Dock, det är instabilt i blodomloppet under intravenösa injektioner, sönderfaller snabbt och misslyckas med att neutralisera fria radikaler i tid.

"För att skapa ett stabilt terapeutiskt komplex baserat på SOD1-ämnet, vi utvecklade katalytiskt aktiva former av superoxiddismutas, eller nanozymer. Till exempel, vi fick SOD1 polyjonkomplexet för första gången i historien. Detta komplex innehåller ytterligare poly (aminosyra) blocksampolymerer och PEG/poly-glutaminsyra som fungerar som en ytbeläggning, sa Maxim Abakumov, projekt medförfattare, Chef för NUST MISIS biomedicinska nanomateriallaboratorium.

Detta gjorde det möjligt att utveckla en porös polymerkapsel som mäter mellan 40-50 nanometer. Det fungerar som en återanvändbar fälla som inte bara absorberar utan också neutraliserar fria radikaler. "Vi utvecklade nanozymer med höga fermentativa aktivitetsnivåer som kan bevara och skydda SOD1-föreningar under fysiologiska förhållanden. Detta ökar cirkulationstiden för aktiva SOD1-föreningar inuti blodomloppet, jämfört med fria SOD1 -molekyler. Ämnets halveringstid ökade från sex till 60 minuter, " sa Abakumov.

En forskargrupp ledd av University of North Carolina professor Alexander Kabanov fick uppmuntrande laboratorieresultat under experimentella tester. En enda intravenös nanozyminjektion innehållande 5, 000 ekvivalenta SOD1-enheter per kilo kroppsvikt påskyndade återställandet av kinetiska funktioner hos råttor med måttliga ryggmärgsskador. Svullnad/ödem minskade, ryggmärgen drog ihop sig, och posttraumatiska cystor bildades.

Det framgångsrika testet av SOD1-jäsningens nanozymer på gnagare bevisar att det effektivt kan eliminera fria radikaler, minska nivåerna av svullnad och ödem, och snabbare rehabilitera patienter efter ryggmärgsskador, stroke eller hjärtstillestånd. Teammedlemmar kommer att lansera prekliniska tester inom en snar framtid.