Новый нанозим защищает кости от повреждения радиацией

Инженеры-материаловеды из Университета Центральной Флориды Мелани Коатап и Судипта Сил разработали наночастицу оксида церия -; искусственный фермент – ; который защищает кости от повреждения радиацией. Наночастицы также продемонстрировали способность улучшать регенерацию костей, уменьшать потерю клеток крови и помогать убивать раковые клетки.

Их исследование, проведенное в сотрудничестве с Оклендским университетом, Университетом Северной Каролины A&T, Университетом Шеффилда и Университетом Хаддерсфилда в Великобритании, было опубликовано в Биоактивные материалы.

Приблизительно 50% всех онкологических больных получают лучевую терапию -; лечение, которое использует электрически заряженные частицы для уничтожения раковых клеток. Около 40% пациентов выздоравливают с помощью этой терапии. Однако повреждение костей является побочным эффектом, которым страдают около 75% пациентов, получающих облучение.

«Из-за высокого содержания кальция кость поглощает на 30–40% больше радиации, чем другие ткани, и поэтому она является частым местом травм», — говорит Коутап, директор факультетского кластера UCF Biionix. «Радиация делает кость хрупкой и легко ломается. И из-за повреждений, вызванных радиацией, многие люди не могут восстановить перелом кости. У некоторых людей это приводит к ампутации для устранения осложнения».

В то время как лучи лучевой терапии направлены непосредственно на опухоль, окружающие здоровые ткани также повреждаются и могут вызвать множество дополнительных проблем со здоровьем у пациентов.

На данный момент не существует реального лекарства или терапии для защиты здоровых тканей от повреждений, вызванных радиацией. Это проблема не только для больных раком, проходящих лучевую терапию, но и для астронавтов и будущих исследований дальнего космоса».

Мелани Коатап, Университет Центральной Флориды

Естественная защита организма от радиации представляет собой группу ферментов, называемых антиоксидантами; но эта защитная система легко подавляется радиацией и сама по себе не может защитить тело от повреждений. Сил, ведущий нанотехнолог, разработал наночастицу оксида церия -; или наноцерия; который имитирует активность этих антиоксидантов и имеет более сильный защитный механизм для защиты клеток от повреждения ДНК.

«Наноцерия работает со специально разработанной регенеративной решетчатой ​​структурой, ответственной за уничтожение вредных активных форм кислорода, побочного продукта радиационной обработки», — говорит Сил.

Работая с постдокторантом Фей Вей, Коатап протестировал нанозим на живых моделях, получающих лучевую терапию.

«Наше исследование показало, что облучение крыс на том же уровне, что и у больных раком, приводит к ослаблению и повреждению костей», — говорит Коутап. «Однако, когда мы лечили животных нанозимом до и во время трех доз радиации в течение трех дней, мы обнаружили, что кость не была повреждена и имела прочность, аналогичную здоровой кости».

Исследование также показало, что лечение нанозимами помогает убить раковые клетки, возможно, из-за повышения кислотности, и защищает от потери лейкоцитов и эритроцитов, что обычно происходит у больных раком. Низкое количество лейкоцитов и эритроцитов означает, что пациент более восприимчив к условно-патогенным инфекциям, менее способен бороться с раком и более утомлен. Еще одна интересная находка заключается в том, что наночастицы также повышают способность здоровых клеток вырабатывать больше антиоксидантов, уменьшают воспаление (которое также приводит к потере костной массы) и способствуют формированию костей.

Будущие исследования будут направлены на определение подходящей дозировки и введения нанозима, а также на дальнейшее изучение того, как нанозим помогает убивать раковые клетки. Исследователи также сосредоточат свои исследования в контексте рака молочной железы, поскольку женщины более подвержены повреждению костей, чем мужчины.

«Онкобольные уже борются с одной болезнью», — говорит Коутап. «Они не должны беспокоиться о переломах костей и повреждении тканей. Поэтому мы надеемся, что этот прорыв поможет выжившим вернуться к нормальной и здоровой жизни».

Коутап закончила бакалавриат в области медицинской клеточной биологии и получила докторскую степень. в области фиксации ортопедических имплантатов в Университетском колледже Лондона в Великобритании. В 2017 году она поступила в Медицинский колледж и стала директором кластера факультетов UCF Biionix -; многопрофильная группа исследователей, работающих над разработкой инновационных материалов, процессов и интерфейсов для передовых медицинских имплантатов, регенерации тканей, протезов и других высокотехнологичных продуктов будущего.

Сил присоединился к Департаменту материаловедения и инженерии UCF в 1997 году. Он работает в Медицинском колледже и является членом Кластера UCF по протезированию Biionix. Он является бывшим директором Технологического центра нанонауки UCF и Центра анализа передовой обработки материалов. Он получил докторскую степень в области материаловедения со специализацией по биохимии в Университете Висконсина и был научным сотрудником Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнийском университете в Беркли.