Nuove nanoparticelle attaccano il Parkinson su tre fronti

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Immgine: Figura 1: tre tipi di nanoparticelle di cereali per il trattamento del morbo di Parkinson. Le nanoparticelle Ceria, TPP-ceria e cluster-ceria mirano legate alle specie intracellulari, mitocondriali ed extracellulari reattive dell’ossigeno. Credito: Istituto per la scienza di base.

I ricercatori del Centro per la ricerca sulle nanoparticelle dell’Institute for Basic Science (IBS, Corea del Sud), hanno sviluppato una serie di nanoparticelle per il trattamento della malattia di Parkinson.

Testato su topi e pubblicato su Angewandte Chemie come “hot paper”, questo studio rappresenta la prima applicazione biomedica delle nanoparticelle nella clearance dei sottoprodotti dell’ossigeno reattivo nel Parkinson e fornisce nuovi suggerimenti sugli obiettivi terapeutici. In futuro, il sistema potrebbe essere utilizzato nell’identificazione e nel trattamento di altre patologie causate da specie reattive dell’ossigeno, tra cui: tumori, malattie cardiovascolari, malattie neurodegenerative e sepsi.

La malattia di Parkinson è caratterizzata dall’improvvisa degenerazione e morte dei neuroni che secernono la dopamina nel cervello. L’accumulo di specie reattive dell’ossigeno danneggia i neuroni, contribuendo alla comparsa di disfunzioni mitocondriali, neuroinfiammazione e morte neuronale.

I bassi livelli di antiossidanti del cervello e l’abbondanza di lipidi, rendono il cervello più vulnerabile agli effetti collaterali delle specie reattive dell’ossigeno, compresi i radicali liberi. Lo stress ossidativo causato da queste molecole all’interno dei mitocondri, insieme alla neuroinfiammazione dovuta allo stress ossidativo intracellulare ed extracellulare, sono considerati cause importanti del morbo di Parkinson.

Fino ad ora non esisteva alcuna tecnica per eliminare selettivamente le specie reattive dell’ossigeno, né per distinguerne l’effetto in base alla loro localizzazione cellulare. Per risolvere questi problemi, i ricercatori dell’ IBS hanno ideato tre tipi di nanoparticelle di ceria con diverse dimensioni e proprietà superficiali, in grado di rimuovere selettivamente le specie reattive dell’ossigeno dai mitocondri, dagli spazi intracellulari e extracellulari.

Le nanoparticelle di Ceria mirate agli spazi intracellulari hanno una dimensione di 11 nm, e sono abbastanza piccole da entrare nella cellula, mentre una carica superficiale negativa (potenziale:: -23 mV) impedisce ad esse di entrare nella membrana dei mitocondri. Le nanoparticelle di ceria che mirano ai radicali liberi dell’ossigeno nei mitocondri sono “decorate” con trifenilfosfonio (TPP), che conferisce loro una carica superficiale positiva di +45 mV. Infine, cluster di nanoparticelle composti d centinaia di migliaia di nanoparticelle ceria da 3 nm con una dimensione di 400 nm e una carica superficiale negativa, sono in grado di rimuovere le specie reattive dell’ossigeno pur rimanendo all’esterno della cellula.

Le nuove nanoparticelle di ceria attaccano il morbo di Parkinson da tre fronti
Figura 2: sezioni del cervello del topo che mostrano la tirosina idrossilasi (TH, un segno distintivo del morbo di Parkinson, in rosso) e le nanoparticelle (verde). I livelli di TH sono più alti nel cervello dei topi trattati con ceria e nanoparticelle di ceropi e TPP, il che indica che questi sono obiettivi critici per la rimozione dei radicali liberi dell’ossigeno. I WT sono topi sani, mentre l’MPTP indica la malattia di Parkison. Credito: Istituto per la scienza di base.

Le nanoparticelle consegnate a una parte del cervello, chiamata corpo striato, nei modelli murini hanno migliorato i segni tipici della malattia di Parkinson: neuroinfiammazione, stress ossidativo e diminuzione del livello dell’enzima tirosina idrossilasi – un segno distintivo del morbo di Parkinson – che produce un precursore della dopamina e influenza la mobilità.

L’ attacco dello stress ossidativo e della neuroinfiammazione da tre diversi fronti ha permesso agli scienziati dell’IBS di individuare gli obiettivi terapeutici più importanti. In particolare, la rimozione di specie reattive dell’ossigeno in spazi extracellulari con cluster di nanoparticelle di cerio ha ridotto la neuroinfiammazione, ma non ha mostrato alcun effetto nel ridurre lo stress ossidativo e nel mantenere livelli normali di tirosina idrossilasi. Invece, i topi trattati con nanoparticelle di ceria e le nanoparticelle di TPP-ceria avevano livelli di tirosina idrossilasi significativamente più alti rispetto ai controlli. I risultati suggeriscono che ridurre lo stress ossidativo nei compartimenti intracellulari e / o mitocondriali è importante per il trattamento del morbo di Parkinson.

( Vedi anche:Nuovo studio solleva dubbi sulla teoria dello sviluppo del Parkinson).

“Questi esperimenti hanno identificato il ruolo essenziale delle specie di ossigeno reattivo intracellulare e mitocondriale nella progressione e nel trattamento della malattia di Parkinson. Speriamo che il sistema di nanoparticelle di ceria sarà utile per lo sviluppo di agenti terapeutici in malattie che coinvolgono lo stress ossidativo , così come in altre malattie degenerative “, spiega KWON Hyek Jin, primo autore dello studio.

“Questo studio non è solo volto a sviluppare una tecnica per rimuovere selettivamente le specie reattive dell’ossigeno dagli spazi intracellulari, extracellulari e mitocondriali, ma vuole studiare gli effetti del morbo di Parkinson, la causa della malattia e una nuova applicazione medica delle nanoparticelle “, spiega HYEON Taeghwan, l’autore corrispondente dello studio.

Le nanoparticelle di Ceria funzionano come antiossidanti artificiali imitando l’attività degli antiossidanti naturali, come la catalasi e la superossido dismutasi (SOD). In passato, la funzione riciclabile delle nanoparticelle di ceria è stata sfruttata dallo stesso gruppo di ricerca in modelli animali di ictus ischemico e malattia di Alzheimer.

Fonte: Angewandte Chemie

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