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Científicos de dos universidades rusas y una estadunidense desarrollaron un complejo terapéutico, basado en nanoestructuras poliméricas multilaminares de la enzima antioxidante superóxido dismutasa, para tratar hemorragias cerebrales y traumas de la médula espinal.
En la investigación participaron la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (NUST MISIS), la Universidad Lomonósov de Moscú (MGU) y la Universidad de Carolina del Norte (Chapel Hill, Estados Unidos).
El producto final es una cápsula polimérica de estructura porosa capaz de dejar pasar adentro los radicales libres y neutralizar su acción como una trampa de uso múltiple.
La nueva sustancia puede usarse para la rehabilitación eficaz después de traumas de la médula espinal, hemorragias cerebrales e infartos de miocardio, de acuerdo con la investigación, cuyos resultados fueron publicados en la revista Journal of Controlled Release.
En caso de un golpe (trauma de la espina dorsal), la ruptura de un vaso sanguíneo (hemorragia cerebral) o una necrosis (infarto de miocardio), el cese del flujo sanguíneo en los próximos tejidos de un órgano debido a un espasmo de las arterias o su embolia causa la hipoxia (un proceso patológico que se caracteriza por la deficiencia de oxígeno en la sangre).
Este factor bloquea el eslabón final de la cadena respiratoria en las células y causa la formación excesiva de los llamados radicales libres (especies activas del oxígeno).
Por su lado, ejercen una influencia destructiva en membranas celulares y lanzan una cadena de reacciones que afectan y causan la muerte de las células y tejidos. Estas complicaciones afectan además a la médula espinal y causan la muerte de las neuronas, lo que agrava la situación.
La enzima antioxidante especial —superóxido dismutasa (SOD1)— neutraliza los radicales libres de modo eficaz.
Un suministro rápido de esta sustancia al órgano afectado puede reducir el estrés oxidativo causado por una cantidad excesiva de radicales libres y parar la destrucción de tejidos. Mientras, una dificultad importante representa la inestabilidad de la enzima en el flujo sanguíneo en caso de su inyección intravenosa: se destruye rápidamente antes de neutralizar los radicales libres.
"Para crear un complejo terapéutico estable en base al SOD1 hemos desarrollado nanoespecies catalíticamente activas de superóxido dismutasa, las llamadas nanozimas", explicó uno de los coautores del proyecto, jefe del laboratorio de nanomateriales biomédicos de la NUST MISIS Maxim Abakúmov.
"En particular, somos los primeros en el mundo en obtener un complejo multilaminar poliónico SOD1 químicamente ajustado en que se introdujo por primera vez una cobertura superficial de un copolímero en bloque y ácido de poliglutamina con polietilenglicol (PEG)", agregó.
Al final, se obtuvo una cápsula polimérica porosa de unos 40 o 50 nanómetros con una molécula de enzima. Esta cápsula funciona como una trampa de uso múltiple dejando pasar adentro los radicales libres y neutralizándolos allí.
"Hemos desarrollado nanozimas con una alta actividad fermentativa y la capacidad de preservar y guardar el SOD1 en condiciones fisiológicas que aumentan el tiempo de circulación del SOD1 activo en la sangre, en comparación con las moléculas libres de SOD1. El período de semieliminación de la sustancia es de 60 minutos vs 6", añadió Abakúmov.
Durante los ensayos de la sustancia, el grupo científico encabezado por el profesor de la Universidad de Carolina del Norte, Alexandr Kabánov, obtuvo resultados prácticos prometedores.
Una inyección intravenosa de nanozimas que contenía cinco mil unidades convencionales de SOD1 por un kilogramo de peso mejoró el restablecimiento de habilidades motoras de ratas con traumas ligeros de la médula espinal.
Además, se redujo la hinchazón, la compresión de la médula espinal y la formación de quistes postraumáticos.
Así las cosas, un ensayo con éxito del modelo de nanozimas de la enzima SOD1 realizado en ratas probó la eficacia de la sustancia para reducir la inflamación y la hinchazón y aceleró la rehabilitación tras traumas de la médula espinal, hemorragias cerebrales e infartos de miocardio.
Los científicos planean iniciar ensayos preclínicos próximamente.
En la investigación participaron la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (NUST MISIS), la Universidad Lomonósov de Moscú (MGU) y la Universidad de Carolina del Norte (Chapel Hill, Estados Unidos).
El producto final es una cápsula polimérica de estructura porosa capaz de dejar pasar adentro los radicales libres y neutralizar su acción como una trampa de uso múltiple.
La nueva sustancia puede usarse para la rehabilitación eficaz después de traumas de la médula espinal, hemorragias cerebrales e infartos de miocardio, de acuerdo con la investigación, cuyos resultados fueron publicados en la revista Journal of Controlled Release.
En caso de un golpe (trauma de la espina dorsal), la ruptura de un vaso sanguíneo (hemorragia cerebral) o una necrosis (infarto de miocardio), el cese del flujo sanguíneo en los próximos tejidos de un órgano debido a un espasmo de las arterias o su embolia causa la hipoxia (un proceso patológico que se caracteriza por la deficiencia de oxígeno en la sangre).
Este factor bloquea el eslabón final de la cadena respiratoria en las células y causa la formación excesiva de los llamados radicales libres (especies activas del oxígeno).
Por su lado, ejercen una influencia destructiva en membranas celulares y lanzan una cadena de reacciones que afectan y causan la muerte de las células y tejidos. Estas complicaciones afectan además a la médula espinal y causan la muerte de las neuronas, lo que agrava la situación.
La enzima antioxidante especial —superóxido dismutasa (SOD1)— neutraliza los radicales libres de modo eficaz.
Un suministro rápido de esta sustancia al órgano afectado puede reducir el estrés oxidativo causado por una cantidad excesiva de radicales libres y parar la destrucción de tejidos. Mientras, una dificultad importante representa la inestabilidad de la enzima en el flujo sanguíneo en caso de su inyección intravenosa: se destruye rápidamente antes de neutralizar los radicales libres.
"Para crear un complejo terapéutico estable en base al SOD1 hemos desarrollado nanoespecies catalíticamente activas de superóxido dismutasa, las llamadas nanozimas", explicó uno de los coautores del proyecto, jefe del laboratorio de nanomateriales biomédicos de la NUST MISIS Maxim Abakúmov.
"En particular, somos los primeros en el mundo en obtener un complejo multilaminar poliónico SOD1 químicamente ajustado en que se introdujo por primera vez una cobertura superficial de un copolímero en bloque y ácido de poliglutamina con polietilenglicol (PEG)", agregó.
Al final, se obtuvo una cápsula polimérica porosa de unos 40 o 50 nanómetros con una molécula de enzima. Esta cápsula funciona como una trampa de uso múltiple dejando pasar adentro los radicales libres y neutralizándolos allí.
"Hemos desarrollado nanozimas con una alta actividad fermentativa y la capacidad de preservar y guardar el SOD1 en condiciones fisiológicas que aumentan el tiempo de circulación del SOD1 activo en la sangre, en comparación con las moléculas libres de SOD1. El período de semieliminación de la sustancia es de 60 minutos vs 6", añadió Abakúmov.
Durante los ensayos de la sustancia, el grupo científico encabezado por el profesor de la Universidad de Carolina del Norte, Alexandr Kabánov, obtuvo resultados prácticos prometedores.
Una inyección intravenosa de nanozimas que contenía cinco mil unidades convencionales de SOD1 por un kilogramo de peso mejoró el restablecimiento de habilidades motoras de ratas con traumas ligeros de la médula espinal.
Además, se redujo la hinchazón, la compresión de la médula espinal y la formación de quistes postraumáticos.
Así las cosas, un ensayo con éxito del modelo de nanozimas de la enzima SOD1 realizado en ratas probó la eficacia de la sustancia para reducir la inflamación y la hinchazón y aceleró la rehabilitación tras traumas de la médula espinal, hemorragias cerebrales e infartos de miocardio.
Los científicos planean iniciar ensayos preclínicos próximamente.
