По данным Всемирной организации здравоохранения, от инсультов ежегодно умирает 5 миллионов человек во всем мире. Значительно больше пациентов выживает, но получает инвалидность, например, испытывают проблемы с речью, движением, глотанием или памятью.
Наиболее частой причиной этих явлений является закупорка кровеносных сосудов в головном мозге, и лучший способ предотвратить необратимое повреждение мозга от этого типа инсульта — как можно скорее растворить или удалить закупорку хирургическим путем. Однако сделать это нужно в течение короткого промежутка времени, что не всегда возможно.
В поисках альтернативных методов обеспечения заблокированных клеток мозга кислородом, ученые обратили свой взгляд на растения и некоторые микробы, которые производят кислород посредством фотосинтеза.
На самом деле, сине-зеленые водоросли и одноклеточные цианобактерии, такие как Synechococcus elongatus, ранее уже изучались для лечения недостатка кислорода в тканях человека (в частности в тканях сердца и опухолях) с помощью фотосинтеза.
Но для «запуска» таких «кислородных станций» нужен видимый свет, который способен проникнуть через кожу, но не может пробиться через череп. В мозг может проникать только ближний инфракрасный свет, а его недостаточно для непосредственной активации фотосинтеза.
Чтобы решить эту проблему ученые из Университета науки и технологий Хуачжун[1], использовали наночастицы с «повышающим преобразованием», часто используемые для визуализации, которые могут поглощать фотоны ближнего инфракрасного диапазона и превращать их в видимый свет, который растения и бактерии могут использовать для фотосинтеза. Они объединили их с S. elongatus, создав новую «нано-фотосинтетическую» систему.
В клеточном исследовании они обнаружили, что нанофотосинтез снижает количество нейронов, погибших после кислородной и глюкозной депривации. Затем они ввели новую систему мышам с заблокированными церебральными артериями и подвергли их воздействию инфракрасного излучения. Наночатицы, попавшие в пораженный участок, преобразовали ее в видимую длину волны, а бактерии начали производить кислород. В результате новая терапия уменьшила количество умирающих нейронов, улучшила двигательную функцию животных и даже помогла новым кровеносным сосудам начать расти.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
- Jian Wang, Qiangfei Su, Qiying Lv, Bo Cai, Xiakeerzhati Xiaohalati, Guobin Wang, Zheng Wang, Lin Wang. Oxygen-Generating Cyanobacteria Powered by Upconversion-Nanoparticles-Converted Near-Infrared Light for Ischemic Stroke Treatment. Nano Letters, 2021; DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00719
