Een verhelderende mogelijkheid voor de behandeling van een beroerte: Nano-fotosynthese

Hersenschijfjes van muizen die nano-fotosynthetische therapie hebben gekregen (rechts) hebben minder beschadigde neuronen, weergegeven in groen, dan controlemuizen (links). Krediet: aangepast van Nano Letters 2021, DOI: 10.10.21 / acs.nanolett.1c00719

Verstopte bloedvaten in de hersenen van patiënten met een beroerte voorkomen dat zuurstofrijk bloed de cellen bereikt, wat ernstige schade aanricht. Planten en sommige microben produceren zuurstof door middel van fotosynthese. Wat als er een manier was om fotosynthese in de hersenen van patiënten te laten plaatsvinden? Nu rapporteren onderzoekers in ACS ‘ Nano Letters hebben precies dat gedaan in cellen en muizen, met behulp van blauwgroene algen en speciale nanodeeltjes, in een proof-of-concept-demonstratie.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie sterven elk jaar wereldwijd 5 miljoen mensen aan beroertes. Miljoenen meer overlevenden, maar ze ervaren vaak handicaps, zoals problemen met spraak, slikken of geheugen. De meest voorkomende oorzaak is een verstopping van de bloedvaten in de hersenen, en de beste manier om blijvende hersenschade door dit type beroerte te voorkomen, is door de blokkering zo snel mogelijk op te lossen of operatief te verwijderen. Deze opties werken echter alleen binnen een kort tijdsbestek nadat de beroerte zich heeft voorgedaan en kunnen riskant zijn. Blauwgroene algen, zoals Synechococcus elongatus, zijn eerder bestudeerd om het gebrek aan zuurstof in hartweefsel en tumoren te behandelen met behulp van fotosynthese. Maar het zichtbare licht dat nodig is om de microben te activeren, kan de schedel niet binnendringen, en hoewel nabij-infrarood licht erdoorheen kan gaan, is het onvoldoende om fotosynthese rechtstreeks aan te sturen. “Up-conversion” nanodeeltjes, vaak gebruikt voor beeldvorming, kunnen nabij-infrarode fotonen absorberen en zichtbaar licht uitzenden. Dus, Lin Wang, Zheng Wang, Guobin Wang en collega’s van de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie wilden zien of ze een nieuwe aanpak konden ontwikkelen die ooit zou kunnen worden gebruikt voor patiënten met een beroerte door deze onderdelen te combineren –S. elongatus, nanodeeltjes en nabij-infrarood licht – in een nieuw “nano-fotosynthetisch” systeem.

De onderzoekers paren S. elongatus met neodymium up-conversie nanodeeltjes die weefsel-doordringend nabij-infrarood licht transformeren naar een zichtbare golflengte die de microben kunnen gebruiken om te fotosynthetiseren. In een celstudie ontdekten ze dat de nanofotosynthese-benadering het aantal neuronen verminderde dat stierf na zuurstof- en glucosetekort. Vervolgens injecteerden ze de microben en nanodeeltjes in muizen met geblokkeerde hersenslagaders en stelden de muizen bloot aan nabij-infrarood licht. De therapie verminderde het aantal stervende neuronen, verbeterde de motorische functie van de dieren en hielp zelfs nieuwe bloedvaten te groeien. Hoewel deze behandeling zich nog in het stadium van dierproeven bevindt, belooft het op een dag vooruitgang te boeken in de richting van klinische proeven bij mensen, zeggen de onderzoekers.