Slide 1 - ceria.ru – сайт о диоксиде церия
advertisement
НАНОМЕДИЦИНА: Лечение заболеваний, ассоциированных с окислительным стрессом Др. Беверли A Ржигалински Колледж Остеопатической Медицины Государственный Политехнический Университет Вирджинии, Blacksburg, VA Диоксид Церия • Церий – редкоземельный элемент • Атом церия в оксиде окружен атомами кислорода • Церий имеет несколько степеней окисления • Кислородная решетка оксида имеет множество «дефектов» • Микронные частицы в составе покрытий используются как катализаторы • Редокс-реакции • NOX Что такое наноразмерный диоксид церия? • Поведение материалов размерности «нано» отличается от «микро» • Валентные состояния церия могут изменяться быстрее • В размерности «нано» количество кислородных вакансий или «дефектов» возрастает • Лучше редокс? Единичная доза наночастиц диоксида церия значительно увеличивает продолжительность жизни клеток мозга 140 Контроль Обработанные наночастицами 120 100 Дни 80 60 40 20 0 Средняя продолжительность жизни Органотипические клетки мозга, 27 дней DIV (дней in vitro) Органотипические клетки мозга, 27 дней DIV: культура обработана 10 нM раствором наночастиц диоксида церия на 10 DIV 123 дня DIV Органотипические клетки мозга: культура обработана 10 нM раствором наночастиц диоксида церия на 10 DIV Культура, обработанная наночастицами, сохраняет нормальную нейрональную передачу сигнала 400 28 DIV, обработанная наночастицами 28 DIV, Контроль 300 [Ca2+]i (нM) 200 68- DIV, обработанная наночастицами 100 Время (Секунды) 100 мкM глутамата Что же происходит? Ce+3 O2 O2 Регенерация: Перестройка кристаллической решетки? Реакция с H2O? Адсорбция OH- или H+? Другие клеточные реагенты? Ce+4 O2--x? Свободные радикалы Наночастицы диоксида церия инактивируют гидроксил-радикалы, генерируемые в реакции Фентона Реакция Фентона a +10 нм СеО2 b +7 нм СеО2 c d +СеО2, допированный Fe 3420 3440 3460 3480 3500 Magnetic Field (Gauss) 3520 3540 Наночастицы диоксида церия инактивируют супероксид-радикал Облученный рибофлавин a +7 нм CeО2 b +10 нм CeО2 c + СеО2, допированный Fe d 3420 3440 3460 3480 3500 Magnetic Field (Gauss) 3520 3540 Наночастицы CeO2 проявляют активность, подобную действию супероксиддисмутазы (СОД), глутатион пероксидазы (ГТП) и каталазы 150 10 нм Активность (Единиц) 7 нм 100 50 0 Каталаза СОД ГТП Наночастицы СеО2 защищают клетки от окислительного стресса, вызванного ультрафиолетом (УФ) Injured Cells x 106 / mg Protein 3.0 2.5 2.0 No Treatment 10nM Cerium Oxide 100M VitE 1M AC 1M Mel *Significant from "No treatment" group, p<0.01 * 1.5 1.0 * * 0.5 * * 0.0 Control 5 min UV 15 min UV Зависимость степени защиты клеток от окислительного стресса, вызванного H2O2 , от размера наночастиц 4 Injured Cells x 10 Повреждённые клетки x 104 160 140 Контроль Control Control particles 5050nm нм nm частицы Particles particles 1020nm нм nm частицы Particles 7nm particles 7 нм nm частицы Particles 120 100 80 60 40 20 0 Контроль Control 1нМ 1nM 10нМ 10nM 100нМ 100nM 1 мкМ 1M Concentration Концентрация 10 мкМ 10 M Повреждение мозга Наночастицы диоксида церия защищают органотипические клетки мозга от травмы in vitro Поврежденных клеток/мг протеина (x 106) 4 Контроль Обработка наночастицами (10 нМ, 10 DIV) 3 2 n=16, трёхкратный 1 0 Неповреждённые 6.5 мм умеренная травма 7.5 мм значительная травма Наночастицы диоксида церия защищают органотипические клетки мозга от травмы in vitro Поврежденных клеток/мг протеина (x 106) _ 4 Обработаны наночастицами 1 ч после травмы Контроль 3_ 2_ 1 _ Неповреждённые 6.5 мм травма 7.5 мм травма Наночастицы предохраняют нормальную глутаматную передачу сигнала в повреждённых нейронах 120 % исследованных нейронов 100 80 60 40 20 0 Неповреждённые 24 ч после умеренного повреждения 24 ч после умеренного повреждения, обработка наночастицами Модели болезни Альцгеймера Наночастицы диоксида церия блокируют образование свободных радикалов, индуцируемое бета-амилоидом Ab Пептид + 10 нм СеО2 Только СеО2 СеО2 + Альбумин Общее количество повреждённых клеток(x104) Наночастицы диоксида церия защищают нейроны от токсичности, вызванной Aβ(1-42) 100 80 60 40 20 0 Контроль 10 нМ CeO2 100 нМ CeO2 Группы Aβ Aβ+10 нМ CeO2 Aβ+100 нМ CeO2 Контроль Ab Aβ+10 нм наночастиц СеО2 (10 nM) Aβ+100 нм наночастиц СеО2 (100 nM) Модели увеличения продолжительности жизни дрозофилы и болезнь Паркинсона Наночастицы диоксида церия увеличивают срок жизни самок дрозофилы и поддерживают нормальный геотаксис при старении Процент выживших 100 80 60 40 Контроль 10 нM CeO2 20 Геотаксический отклик 0 0 20 40 Дни 60 80 Наночастицы диоксида церия снижают токсичность параквата у самок дрозофилы среднего возраста 120 Контроль Процент выживших 100 мкM наночастицCeO2 80 60 При нормальной продолжительности жизни осталось в живых 5 мушек 40 20 0 1 3 5 7 24 Время после параквата (часы) 48 72 Как насчёт моделей млекопитающих? • Мыши – 90 наномоль, инъекция в хвостовую вену • Аккумуляция в мозге, сердце, лёгких • Метаболизм отсутствует? • Крысы – инъекция до 150 микрограмм. • Токсичности не отмечается • Патология тканей не отмечается Новое поколение нанофармацевтических препаратов? • Диоксид церия – многообещающее средство для лечения заболеваний, связанных с окислительным стрессом. • Следует обратить внимание….. – «Очень много» свободных радикалов – это сколько? – Контролируемое инактивирование свободных радикалов? – Токсический профиль. NanoNeuroLab at VCOM • Undergraduate Students • Eric Amateis • Matt Kurnick • Julie Karafakis • Clinical • Dr. Jill Cramer • Post Doctoral • Dr. Shaadi Elswaifi • Dr. Igor Danelison • Research Associates • • • • Neeraj Singh Courie Cohen Kevin Hockey Chine Logan • Collaborators • • • • • Dr. Kathleen Meehan Dr. Rick Davis Dr. David Cox Nanophase Inc. Advanced Powder Tech.
