Исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали искусственный нанозим на основе металла, который потенциально может быть использован для подавления аномального свертывания крови, вызванного такими состояниями, как тромбоэмболия легочной артерии (ТЭЛА).

Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.

В обычных обстоятельствах, когда кровеносный сосуд поврежден, специальные клетки крови, называемые тромбоцитами, активизируются и группируются вокруг сосуда, образуя защитные сгустки крови. Этот процесс, известный как каскад свертывания крови (гемостаз), включает в себя сложную серию белковых взаимодействий, запускаемых сигналами от физиологических агонистов (химических веществ), таких как коллаген и тромбин.

Однако когда эти сигналы выходят из строя при таких состояниях, как ТЭЛА или заболеваниях, как COVID-19, окислительный стресс и уровни токсичных активных форм кислорода (ROS) увеличиваются, что приводит к чрезмерной активации тромбоцитов. Это вызывает образование избыточных сгустков в кровеносных сосудах, способствуя тромбозу, основной причине заболеваемости и смертности.

Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством профессора кафедры неорганической и физической химии Г. Мугеша разработали наноматериалы, которые имитируют активность природных антиоксидантных ферментов, которые удаляют реактивные окислительные молекулы.

Эти «нанозимы» контролируют уровень активных форм кислорода (ROS), тем самым предотвращая чрезмерную активацию тромбоцитов, которая приводит к избыточному образованию сгустков или тромбозу.

Команда синтезировала окислительно-восстановительные наноматериалы разных 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 предотвращать избыточную агрегацию тромбоцитов.

Группа ученых обнаружила, что наиболее эффективными оказались сферические нанозимы пентоксида ванадия (V 2 O 5 ) — эти материалы имитируют природный антиоксидантный фермент, называемый глутатионпероксидазой, и снижают окислительный стресс.

«Было сложно получить чистую форму нанозима, имея только степень окисления +5 оксида ванадия. Это было важно, поскольку степень окисления +4 токсична для клеток», — объясняет Шерин ГР, аспирант и один из ведущих авторов.

«Уникальная химия металлического ванадия имеет решающее значение, поскольку окислительно-восстановительные реакции, снижающие уровень активных форм кислорода, происходят на поверхности ванадиевого наноматериала», — добавляет Мугеш.

Команда ввела нанозим в мышиную модель PTE и обнаружила, что он значительно снизил тромбоз и увеличил выживаемость животных. Они также наблюдали за весом, поведением и параметрами крови животного в течение пяти дней после инъекции нанозима и не обнаружили никаких токсических эффектов.

Антитромбоцитарные препараты, направленные на борьбу с тромбозом, иногда имеют побочные эффекты, такие как повышенная кровоточивость.

«В отличие от обычных антитромбоцитарных препаратов, которые нарушают физиологический гемостаз, нанозимы модулируют окислительно-восстановительную сигнализацию и не мешают нормальному свертыванию крови. Это означает, что они не вызовут кровотечений, которые являются серьезной проблемой при современных методах лечения», — говорит Бидаре Н. ШаратБабу, аспирант и один из ведущих авторов.

Теперь команда планирует изучить эффективность нанозима в профилактике ишемического инсульта, который также вызван закупоркой кровеносных сосудов. «Мы надеемся на клинические исследования на людях, потому что мы провели наши эксперименты с человеческими тромбоцитами, и они сработали», — говорит Мугеш.