Los puntos cuánticos de grafeno extraídos del carbón común pueden ser la base de un antioxidante eficaz para las personas que sufren lesiones cerebrales traumáticas, accidentes cerebrovasculares o ataques cardíacos.

Su capacidad para apagar el estrés oxidativo después de tales lesiones es el tema de un estudio realizado por científicos de la Universidad Rice, el Centro de Ciencias de la Salud de Texas A&M y la Escuela de Medicina McGovern del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston (UTHealth).

Los puntos cuánticos son materiales semiconductores lo suficientemente pequeños para exhibir propiedades mecánicas cuánticas que solo aparecen en la nanoescala.

El químico del arroz James Tour, el neurólogo A&M Thomas Kent y el bioquímico de UTHealth Ah-Lim Tsai y sus equipos encontraron que los puntos biocompatibles, cuando se modifican con un polímero común, son imitadores efectivos de la propia superóxido dismutasa del cuerpo, una de las muchas enzimas naturales que mantienen el estrés oxidativo Bajo control.

Puntos cuánticos de grafeno derivados del carbón vistos bajo un microscopio electrónico. Los científicos de la Universidad Rice han modificado los puntos para que sirvan de antioxidantes. (Imagen: Tour Group / Rice University)

Pero debido a que los antioxidantes naturales pueden ser superados por la rápida producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que corren para curar una lesión, el equipo ha estado trabajando durante años para ver si una inyección rápida de nanomateriales reactivos puede limitar el daño colateral que estos radicales libres pueden Causa a las células sanas.

Un estudio anterior ( «Los nano-antioxidantes demuestran su potencial» ) realizado por el trío mostró que los grupos hidrófilos modificados con polietilenglicol (PEG) para mejorar su solubilidad y estabilidad biológica son efectivos para apagar el estrés oxidativo, ya que una sola nanopartícula tiene la capacidad de neutralizar Miles de moléculas de ROS.

«Reemplazar nuestras nanopartículas anteriores con puntos cuánticos derivados del carbón hace que sea mucho más simple y menos costoso producir estos materiales potencialmente terapéuticos», dijo Tour. «Abre la puerta a terapias más accesibles».
Las pruebas en líneas celulares mostraron que una mezcla de PEG y puntos cuánticos de grafeno del carbón común es tan efectiva para detener el daño del superóxido y los peróxidos de hidrógeno como los materiales anteriores, pero los puntos en sí mismos son más parecidos a los de los grupos en forma de cinta.

Los resultados aparecen en la revista American Chemical Society ACS Applied Materials & Interfaces ( «Puntos cuánticos de grafeno altamente oxidados del carbón como antioxidantes eficientes» ).

El laboratorio de Tour primero extrajo puntos cuánticos del carbón en 2013 e informó sobre su potencial para aplicaciones de imágenes médicas, detección, electrónica y fotovoltaica. Un estudio posterior mostró cómo se pueden diseñar para propiedades semiconductoras específicas.

En el nuevo estudio, los investigadores evaluaron la actividad electroquímica, química y biológica de los puntos. El laboratorio de Rice extrajo químicamente puntos cuánticos de carbón bituminoso y de antracita de bajo costo, los modificó con el polímero y probó sus habilidades en células vivas de roedores.

Los resultados mostraron que las dosis de puntos cuánticos en varias concentraciones fueron altamente efectivas para proteger las células de la oxidación, incluso si las dosis se retrasaron 15 minutos después de que los investigadores agregaron peróxido de hidrógeno a las placas de cultivo celular.

Los puntos bituminosos bituminosos de 3-5 nanómetros son más pequeños que los puntos de antracita de 10-20 nanómetros. Los investigadores encontraron que el nivel de protección era dependiente de la dosis para ambos tipos de partículas, pero que los puntos más grandes derivados de antracita protegían más células en concentraciones más bajas.

«Aunque ambos trabajan en células, in vivo, los más pequeños son más efectivos», dijo Tour. «Es probable que los más grandes también tengan problemas para acceder al cerebro».

Fuente: Por Mike Williams, Rice University