Наночастицы оксида церия помогут справиться с последствиями ишемических инсультов

Чаще всего инсульты вызываются внезапным падением скорости притока крови к головному мозгу (ишемия), что влечёт за собой недостаточное снабжение мозга кислородом и другими питательными веществами. В индустриальных странах ишемические инсульты — одна из основных причин смерти и инвалидности; без немедленного медицинского вмешательства целые области мозга могут попросту отмереть.

Исследователи из Сеульского национального университета (Южная Корея) предложили новый метод лечения последствий ишемических инсультов, рассказав о нём в журнале Angewandte Chemie: наночастицы оксида церия(IV) способны перехватывать реакционные кислородные соединения, образующиеся в результате ишемии и вызывающие гибель клеток мозга.

Когда скорость поступления свежей крови к головному мозгу резко падает, в нём начинают образовываться и накапливаться кислородные агенты супероксидный анион-радикал (O₂^{• –}), пероксид водорода (H₂O₂) и гидроксил-радикал (НO^{• –}). Эти высокореакционные частицы быстро окисляют окружающие их здоровые клетки; нервные соединения и нервно-сосудистые фрагменты мозговой ткани уничтожаются, вызывая остановку функциональной деятельности целых областей головного мозга.

Несмотря на существование множества терапевтических методик, направленных в первую очередь на борьбу с первопричиной падения кровотока (например, тромбозом), до сих пор нет способов, которые позволили бы защитить нервную ткань от окислительного разрушения после острой фазы инсульта. Именно поэтому корейские специалисты вплотную занялись этой проблемой, предложив использовать для защиты клеток мозга от действия высокореактивных окислительных агентов наночастицы оксида церия(IV).

Клетки содержат ферменты, способные разрушать реактивные кислородные агенты: так, супероксиддисмутаза конвертирует супероксид-анионы в пероксид водорода, а каталаза, в свою очередь, разрушает пероксид водорода. Как оказалось, наночастицы оксида церия(IV) могут делать и то и другое. Как? Церий в кристаллической решётке оксида церия присутствует в форме Ce⁴⁺. И если размер частиц такого оксида уменьшить до нескольких нанометров, на поверхности наночастиц образуется значительное число областей с пониженным содержанием кислорода, где церий существует в состоянии окисления Ce³⁺ и может быть легко окислен назад до Ce⁴⁺.

Для проведения эксперимента учёные смешали клеточную культуру с веществом, которое гарантирует увеличение концентрации опасных кислородных интермедиатов, что является причиной быстрой гибели всей культуры. Обработка клеток наночастицами оксида церия(IV) привела к резкому возрастанию выживаемости клеточной культуры в очень тяжёлых окислительных условиях. Затем были опыты на животных. Авторы работы искусственно вызывали ишемический инсульт у лабораторных крыс. Последующее введение наночастиц оксида церия(IV) позволило значительно уменьшить объём поражения нервной ткани — правда, лишь при условии подбора оптимальной дозы.

Любопытно также то, что концентрация наночастиц церия в здоровых областях мозга всегда была очень низкой, в то время как в ишемических регионах наблюдалось её резкое увеличение. Учёные полагают, что наночастицы с превеликим трудом минуют неповреждённый гематоэнцефалический барьер. Однако в ишемических областях барьер нарушен, что и открывает наночастицам путь к самым страдающим частям мозга.

Подготовлено по материалам Angewandte Chemie.

Чаще всего инсульты вызываются внезапным падением скорости притока крови к головному мозгу (ишемия), что влечёт за собой недостаточное снабжение мозга кислородом и другими питательными веществами. В индустриальных странах ишемические инсульты — одна из основных причин смерти и инвалидности; без немедленного медицинского вмешательства целые области мозга могут попросту отмереть.

Исследователи из Сеульского национального университета (Южная Корея) предложили новый метод лечения последствий ишемических инсультов, рассказав о нём в журнале Angewandte Chemie: наночастицы оксида церия(IV) способны перехватывать реакционные кислородные соединения, образующиеся в результате ишемии и вызывающие гибель клеток мозга.

Когда скорость поступления свежей крови к головному мозгу резко падает, в нём начинают образовываться и накапливаться кислородные агенты супероксидный анион-радикал (O₂^{• –}), пероксид водорода (H₂O₂) и гидроксил-радикал (НO^{• –}). Эти высокореакционные частицы быстро окисляют окружающие их здоровые клетки; нервные соединения и нервно-сосудистые фрагменты мозговой ткани уничтожаются, вызывая остановку функциональной деятельности целых областей головного мозга.

Несмотря на существование множества терапевтических методик, направленных в первую очередь на борьбу с первопричиной падения кровотока (например, тромбозом), до сих пор нет способов, которые позволили бы защитить нервную ткань от окислительного разрушения после острой фазы инсульта. Именно поэтому корейские специалисты вплотную занялись этой проблемой, предложив использовать для защиты клеток мозга от действия высокореактивных окислительных агентов наночастицы оксида церия(IV).

Клетки содержат ферменты, способные разрушать реактивные кислородные агенты: так, супероксиддисмутаза конвертирует супероксид-анионы в пероксид водорода, а каталаза, в свою очередь, разрушает пероксид водорода. Как оказалось, наночастицы оксида церия(IV) могут делать и то и другое. Как? Церий в кристаллической решётке оксида церия присутствует в форме Ce⁴⁺. И если размер частиц такого оксида уменьшить до нескольких нанометров, на поверхности наночастиц образуется значительное число областей с пониженным содержанием кислорода, где церий существует в состоянии окисления Ce³⁺ и может быть легко окислен назад до Ce⁴⁺.

Для проведения эксперимента учёные смешали клеточную культуру с веществом, которое гарантирует увеличение концентрации опасных кислородных интермедиатов, что является причиной быстрой гибели всей культуры. Обработка клеток наночастицами оксида церия(IV) привела к резкому возрастанию выживаемости клеточной культуры в очень тяжёлых окислительных условиях. Затем были опыты на животных. Авторы работы искусственно вызывали ишемический инсульт у лабораторных крыс. Последующее введение наночастиц оксида церия(IV) позволило значительно уменьшить объём поражения нервной ткани — правда, лишь при условии подбора оптимальной дозы.

Любопытно также то, что концентрация наночастиц церия в здоровых областях мозга всегда была очень низкой, в то время как в ишемических регионах наблюдалось её резкое увеличение. Учёные полагают, что наночастицы с превеликим трудом минуют неповреждённый гематоэнцефалический барьер. Однако в ишемических областях барьер нарушен, что и открывает наночастицам путь к самым страдающим частям мозга.

Подготовлено по материалам Angewandte Chemie.