Супер-нано-анти-оксидант
Ученые Университета Райса создали суперантиоксидант
NanoNewsNet по материалам Rice University: Rice scientists create a super antioxidant
Группа химиков из Университета Райса во главе с доктором Вики Колвин (Vicki Colvin) разработала биосовместимые наносферы оксида церия, обладающие свойствами суперантиоксиданта. Исследователи надеются, что их разработка поможет в лечении черепно-мозговых травм, при остановке сердца и пациентам с болезнью Альцгеймера, а также защитит от побочных эффектов радиотерапии при лечении рака. Кроме того, их наночастицы, вероятно, способны защитить астронавтов от длительного воздействия космического излучения и, возможно, даже замедлить процесс старения.
Нанокристаллы оксида церия обладают способностью принимать и отдавать ионы кислорода – процесс известный в химии как окислительно-восстановительная реакция. Это тот же самый процесс, который позволяет каталитическим нейтрализаторам поглощать и устранять загрязнители в автомобилях.
Разработанные учеными частицы достаточно малы, чтобы их можно было вводить в кровь, если нужно защитить органы от окисления, особенно после травм, когда резко возрастает количество активных форм кислорода (АФК).
Частицы церия приступают к работе немедленно, поглощая свободные радикалы, и продолжают работать в течение длительного времени, поскольку возвращаются к своему исходному состоянию – процесс, по словам доктора Колвин, остающийся загадкой. Образующиеся в ходе этого процесса формы кислорода теряют свою окислительную активность и уже «не являются суперреактивными».
Слои олеиламина (красные точки) и олеиновой кислоты (синие) служат для защиты наносферы оксида церия, поглощающей активные формы кислорода и превращающей их в менее вредные молекулы. Эта разработка может помочь в лечении травм, защите от побочных эффектов облучения при лечении рака и защите астронавтов от космической радиации.
(Фото: Colvin Group/Rice University)
В процессе своего перехода от оксида III к оксиду IV и обратно редкоземельный металл церий остается относительно стабильным. В первом состоянии наночастицы имеют на своей поверхности зоны, которые, как губка, поглощают ионы кислорода. Когда оксид церия III смешивается со свободными радикалами, он катализирует реакцию, эффективно ослабляющую АФК путем захвата атомов кислорода и превращения в оксид церия IV. Частицы оксида церия IV медленно высвобождают захваченный ими кислород, опять становясь оксидом церия III, и могут и снова и снова разрушать свободные радикалы.
Эффективными поглотителями кислорода делает наночастицы и их мельчайший размер.
«Чем меньше частицы, тем больше площадь поверхности доступная для захвата свободных радикалов», – поясняет доктор Колвин. «Один грамм таких наночастиц может иметь площадь поверхности равную площади футбольного поля, и это дает огромную поверхность для поглощения кислорода».
Ни одна из частиц оксида церия, разработанных ранее для решения этой проблемы, не была достаточно стабильна, чтобы использоваться в биологических условиях.
«Мы создали однородные частицы, поверхность которых действительно четко структурирована, и нашли безводный метод производства, позволяющий максимально увеличить поверхностные зоны, поглощающие кислород», – продолжает ученый.
По ее словам, добавить к 3,8-нанометровым сферам полимерное покрытие было достаточно просто. Это тонкое покрытие позволяет кислороду проходить к частице и одновременно защищает ее в ходе множества циклов поглощения АФК.
В тестах с таким сильным окислителем, как перекись водорода, наночастицы оксида церия III продемонстрировали в девять раз более высокую активность, чем распространенный антиоксидант Тролокс (Trolox), и успешно выдержали 20 окислительно-восстановительных циклов.
«Логическим продолжением нашего исследования будет разработка пассивного таргетинга», – говорит Колвин. «Для этого мы планируется связать с поверхностью наночастиц антитела, с тем чтобы они могли взаимодействовать с определенными типами клеток. Эффективность этих модифицированных частиц мы собираемся оценить в условиях более близких к биологическим реалиям».
Больше всего доктор Колвин рада возможности помочь больным раком, проходящим курс радиационной терапии.
«Существующие радиопротекторы нужно давать в невероятно высоких дозах», – объясняет она. «У них тоже есть свои побочные эффекты, да и выбор их не так и велик».
Самовосстанавливающиеся антиоксиданты, способные задерживаться и защищать органы там, где это необходимо, будут иметь явные преимущества над токсичными радиопротекторами, которые должны быть выведены из организма, прежде чем успеют нанести вред здоровым тканям.
«Наверное, самым интересным во всем этом является то, что так много наномедицинских методов используют магнитные и оптические свойства наноматериалов, и у нас в Райсе есть прекрасные тому примеры», – говорит Колвин. Но эти особые свойства наночастиц редко используются в медицинских целях. Что мне нравится в этой работе, это то, что она открывает медицинскому миру часть нанохимии, в частности, катализ. Если нам удастся заставить эту химию работать в биологических условиях, оксиды церия III и IV – электронные «шаттлы», – будут иметь широкую сферу применения».
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano:
Antioxidant Properties of Cerium Oxide Nanocrystals as a Function of Nanocrystal Diameter and Surface Coating
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
21.10.2013