Исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали искусственный нанозим на основе металла, который потенциально может быть использован для борьбы с аномальным свёртыванием крови, вызванным такими состояниями, как лёгочная тромбоэмболия (ЛТЭ).
Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Как происходит свёртывание крови
В нормальных условиях, когда кровеносный сосуд повреждён, специализированные клетки крови, называемые тромбоцитами, активируются и группируются вокруг сосуда, образуя защитные тромбы. Этот процесс, известный как каскад свёртывания крови (гемостаз), включает в себя сложную серию взаимодействий белков, запускаемых сигналами от физиологических агонистов (химических веществ), таких как коллаген и тромбин.
Однако, когда эти сигналы нарушаются при таких состояниях, как ЛТЭ или заболеваниях, подобных COVID-19, увеличивается окислительный стресс и уровень токсичных активных форм кислорода (АФК), что приводит к сверхактивации тромбоцитов. Это вызывает образование избыточных тромбов в кровеносном сосуде, способствуя тромбозу, основной причине заболеваемости и смертности.
Решение проблемы
Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством Г. Мугеша, профессора кафедры неорганической и физической химии, разработали наноматериалы, имитирующие активность естественных антиоксидантных ферментов, которые уничтожают реактивные окислительные молекулы.
Эти «нанозимы» контролируют уровень АФК, предотвращая чрезмерную активацию тромбоцитов, которая приводит к образованию избыточных тромбов или тромбозу.
Команда синтезировала редокс-активные наноматериалы различных размеров, форм и морфологий с помощью серии контролируемых химических реакций, начиная с небольших строительных блоков. Затем они выделили тромбоциты из крови человека, активировали их с помощью физиологических агонистов и проверили, насколько эффективно различные нанозимы могут предотвратить избыточную агрегацию тромбоцитов.
Было обнаружено, что нанозимы в форме сферического пентаоксида ванадия (V₂O₅) оказались наиболее эффективными — эти материалы имитируют естественный антиоксидантный фермент, называемый глутатионпероксидазой, для снижения окислительного стресса.
«Было непросто получить чистую форму нанозима с ванадием только в +5 степени окисления. Это было важно, потому что +4 степень окисления токсична для клеток», — объясняет Шерин ГР, доктор философии и один из ведущих авторов.
«Уникальная химия металла ванадия имеет решающее значение, поскольку редокс-реакции, снижающие уровень АФК, происходят на поверхности ванадиевого наноматериала», — добавляет Мугеш.
Команда ввела нанозим в модель мыши с ЛТЭ и обнаружила, что он значительно снижает тромбоз и повышает выживаемость животных. Они также наблюдали за весом, поведением и параметрами крови животного в течение пяти дней после введения нанозима и не обнаружили никаких токсических эффектов.
В отличие от обычных антитромбоцитарных препаратов, которые нарушают физиологический гемостаз, нанозимы модулируют редокс-сигнализацию и не нарушают нормальное свёртывание крови. Это означает, что они не вызовут осложнений, связанных с кровотечением, которые являются серьёзной проблемой при применении современных методов лечения.
Команда планирует изучить эффективность нанозима в предотвращении ишемического инсульта, который также вызван закупоркой кровеносных сосудов. «Мы надеемся на клинические исследования на людях, потому что мы провели эксперименты с тромбоцитами человека, и они сработали», — говорит Мугеш.
Предоставлено Индийским институтом науки.