Самая распространенная форма инсульта вызывается внезапным сокращением притока крови к головному мозгу (ишемией), что приводит к недостаточному обеспечению мозга кислородом и питательными веществами. Ишемические инсульты являются одной из ведущих причин смертности и инвалидности в развитых странах. Без немедленного медицинского вмешательства ишемизированные области мозга могут погибнуть. В статье в журнале Angewandte Chemie, опубликованной корейскими учеными, предложен новый подход к предотвращению тяжелых последствий инсульта. Исследователи доказали, что наночастицы оксида церия могут «отлавливать» реактивные формы кислорода, образующиеся в результате ишемии и вызывающие гибель клеток.

Когда приток крови к мозгу ограничен, образуются и накапливаются реактивные формы кислорода, такие как супероксид-анион-радикалы (О2•), перекись водорода (H2O2), и гидроксильные радикалы (HO•). Они вызывают окислительный стресс и несут ответственность за повреждение тканей и гибель клеток во время инсульта. Нервные связи и нервно-сосудистые пучки разрушаются, что приводит к грубому нарушению функций пораженных областей мозга. В то время как медики имеют в своем распоряжении различные методы лечения, направленные, в первую очередь, на борьбу с причинами снижения кровотока, такими как тромбоз, способов защиты нервов от окислительного повреждения после острого ишемического инсульта не существует. Ученые Сеульского национального университета (Seoul National University) предлагают новый подход к борьбе с активными формами кислорода – ПЭГилированные наночастицы оксида церия.

В клетках есть ферменты, которые могут разрушать активные формы кислорода. Это супероксиддисмутазы, превращающие супероксид-анион в перекись водорода, и каталазы, расщепляющие перекись водорода. Наночастицы оксида церия могут делать и то, и другое. Как они работает? Церий в кристаллах оксида церия присутствует в виде катиона Ce4+. Однако, если диаметр частиц уменьшен до нескольких нанометров, на некоторой части их поверхности нет атомов кислорода, и вместо Ce4+ здесь присутствует катион Ce3+, который, однако, легко окисляется до Ce4+ и может обратимо связывать кислород.

В ходе исследования ученые обрабатывали клеточные культуры веществом, которое увеличивает концентрацию активных форм кислорода, что приводит к интенсивной гибели клеток. Добавление к такой культуре наночастиц оксида церия резко повысило уровень выживаемости клеток. В экспериментах на крысах с индуцированным ишемическим инсультом внутривенное введение наночастиц значительно сократило объем повреждения мозга и нервов. Однако для достижения такого эффекта необходима оптимальная, тщательно сбалансированная доза.

Наночастицы оксида церия размером 3 нм могут защитить от катастрофических последствий ишемического инсульта, связывая активные формы кислорода (АФК). ПЭГилированные наночастицы защищают клетки от индуцированного АФК апоптоза in vitro. Оптимальные дозы наночастиц в значительной степени предотвращают гибель клеток в живом организме. (Фото: Angewandte Chemie)

Интересно, что концентрация наночастиц в здоровых областях мозга оставалась очень низкой, в то время как в ишемизированных зонах она была резко повышена. Ученые полагают, что наночастицы оксида церия с трудом проходят через неповрежденный гематоэнцефалический барьер. Однако в ишемизированных областях барьер частично разрушен, что позволяет наночастицам достигать поврежденных областей и предотвращать развитие окислительного стресса.

Аннотация к статье

Ceria Nanoparticles that Protect against Ischemic Stroke