Onderzoek toont aan dat eiwit de toxiciteit van grafeenoxide voor medicijnafgifte vermindert

Uit een nieuw onderzoek zijn manieren naar voren gekomen om de toxiciteit van grafeenoxide (GO), een ultradun laagje nanomateriaal dat is afgeleid van grafiet, te verminderen. Daarmee is de basis gelegd voor het gebruik ervan als medicijnafgiftesysteem.

Professor Khuloud Al-Jamal, die het onderzoek leidde, zei: “Onderzoekers zijn ongelooflijk enthousiast over de potentiële medische toepassingen van grafeen sinds experimenten met het nanomateriaal in 2010 werden erkend met de Nobelprijs voor natuurkunde. Zorgen over toxiciteit vormen echter een voortdurend obstakel.”

“In deze studie introduceerden we chemische methoden om GO biovriendelijker te maken en ontrafelden we de link tussen eiwitten in de corona en het veiligheidsprofiel van GO. Het belangrijkste is dat we hebben aangetoond dat in silico-methoden de toxiciteit bij muizen nauwkeurig kunnen voorspellen, wat manieren biedt om het gebruik van dieren te vervangen. Ik ben trots op deze cross-continentale teaminspanning tussen het VK, Hongkong, China en de VS”, aldus professor Al-Jamal, hoogleraar Drug Delivery & Nanomedicine en hoofd van Medicines Development.

Grafeenoxide (GO) is een ultradun vel dat is afgeleid van grafiet. Het lijkt op potloodlood, maar bevat aangehechte zuurstofatomen, waardoor het compatibel is met water. De unieke fysieke en chemische eigenschappen betekenen dat het een hoge capaciteit heeft om onder andere antibiotica en antikankermedicijnen te vervoeren, en om specifieke cellen te targeten, waardoor het een potentieel effectief medicijnafgiftesysteem is.

Wanneer GO het lichaam binnenkomt, interageert het met eiwitten die in biologische vloeistoffen zoals plasma en cerebrospinale vloeistof voorkomen. Deze interactie leidt tot de vorming van een verharde laag eiwitten, ook wel bekend als een proteïnecorona, rond de GO die het gedrag en de toxiciteit van het nanomateriaal beïnvloedt.

Om dit medicijnafgiftesysteem veilig te kunnen gebruiken, is er daarom veel onderzoek nodig om het GO-oppervlak of de afgiftemethode ervan te veranderen en de toxische effecten ervan in het lichaam te verminderen.

Een nieuwe multidisciplinaire studie, gepubliceerd in ACS Nanokon de omstandigheden onthullen die ervoor zorgen dat de corona toxiciteit veroorzaakt. Met behulp van deze kennis onderzochten en identificeerden de onderzoekers vervolgens eiwitten in de corona die GO-toxiciteit succesvol verminderden, wat potentieel creëerde voor gebruik als medicijnafgiftesysteem en de basis legde voor injectables en implantaten gemaakt van nanomaterialen.

Twee typen GO-vellen met nieuwe chemische modificaties werden getest om te zien hoe ze zich binden aan het corona-eiwit en hun impact op het bredere lichaam. Resultaten van muizenmodellen lieten zien dat vellen met een laag eiwitcoating ernstiger schade aan de lever en longen veroorzaakten, evenals tekenen van verhoogde moleculaire markers van ontsteking en bloedtoxiciteit. Dit was het meest duidelijk in muizenmodellen met normale, functionerende immuunsystemen.

Gedetailleerde analyse van de bevindingen stelde de onderzoekers in staat om consistente patronen te identificeren die de proteïnecoatings koppelen aan hun toxische effecten bij muizen. Ze ontdekten dat een grotere hoeveelheid corona leidde tot een verminderde toxiciteit van de GO, met verdere analyse die belangrijke proteïnen erin identificeerde die ook de toxiciteit van het nanomateriaal konden verminderen.

Deze multidisciplinaire aanpak, die chemie, 2D-materialen, proteomics, wiskundige modellering en dieronderzoek omvat, is een grote stap voorwaarts voor de potentiële praktische toepassing van GO als medicijnafgiftesysteem en andere nanomaterialen.