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La nanoparticule PEG-HCC limite la surexpression de superoxydes en catalysant une réaction de transformation de ces radicaux libres. © Errol Samuel, Rice University
De nombreuses maladies sont associées au stress oxydatif, une situation dans laquelle la production de radicaux libresradicaux libres dépasse la capacité de l'organisme à les combattre. Lors de lésions cérébrales traumatiques par exemple, des superoxydes peuvent être libérés en quantités importantes, si bien que les défenses naturelles du cerveau sont dépassées par cette « suroxydation ».
Le processus est le suivant : la moléculemolécule de dioxygène possède deux électronsélectrons célibataires sur des orbitalesorbitales différentes. Dans certaines circonstances, le dioxygène peut capter un électron pour donner le radical superoxyde O2-. Les superoxydes sont des radicaux libres, comptant parmi les dérivés réactifsréactifs de l'oxygène (ou DRO), qui peuvent en former d'autres comme le péroxynitrite, lequel cause encore plus de dommages oxydatifs. De manière générale, les radicaux libres peuvent endommager les cellules et causer des mutations. Des scientifiques de l'université Rice (Texas) ont cherché un moyen de stopper ce processus de suroxydation qui cause des dommages immédiatement après une blessure ou un accident.
Leurs travaux présentés dans les Pnas présentent les tests effectués avec des nanoparticulesnanoparticules de PEG-HCC (polyethylene glycol-hydrophilic carbon clusters). Celles-ci mesurent environ 3 nanomètresnanomètres de large et 30 à 40 nanomètres de long et contiennent 2.000 à 5.000 atomesatomes de carbonecarbone. Les chercheurs ont utilisé une technique de spectroscopie à résonancerésonance paramagnétiqueparamagnétique électronique pour évaluer leurs propriétés anti-oxydantes.
La superoxyde dismutase est une enzyme qui catalyse la dismutation des ions superoxyde en O2 et H2O2. © David Goodsell, Wikimedia Commons, CC by 3.0
Un rôle catalytique comparable à celui de la superoxyde dismutase
Lors de ces tests, les chercheurs ont découvert qu'une seule nanoparticule pouvait catalyser la conversion de 20.000 à 1 million de dérivés réactifs de l'oxygène par seconde : les PEG-HCC ont une énorme capacité à transformer rapidement cet oxygène en substances moins réactives. Pour James Tour, chimiste et auteur de ces travaux, « ils font revenir le taux de DRO à un niveau normal presque instantanément ». Ceci pourrait être utile pour stabiliser rapidement des victimes d'accidents ou de crise cardiaquecrise cardiaque ou encore pour traiter des soldats sur un champ de bataille.
La recherche a aussi montré que les nanoparticules avaient des propriétés proches de celles de la superoxyde dismutase (SOD). Cette enzymeenzyme lutte contre les radicaux libres en catalysant la transformation d'ionsions superoxydes en H2O2 et O2. Un autre intérêt de ces nanoparticules est qu'elles convertissent des superoxydes sans affecter les molécules d'oxyde nitrique (ou monoxyde d'azotemonoxyde d'azote NO). Ce dernier est un radical libre qui interagit avec l'ion superoxyde pour donner le peroxynitrite, composé extrêmement réactif et toxique. NO est aussi bénéfique à l'organisme car c'est un vasodilatateur qui joue un rôle important dans la neurotransmission et la cytoprotection.
Ces nanoparticules sont donc particulièrement intéressantes pour lutter contre des maladies qui impliquent des radicaux libres : traitement des lésions cérébrales traumatiques, des AVCAVC, des blessures aiguës d'organes ou de tissus. Ils peuvent aussi être employés dans le cadre de procédures médicales comme la greffe d'organe. En effet, à chaque fois qu'un tissu subit un stress important, des superoxydes peuvent se former.
