De werking van grafeen quantum dots (GQDs) is in verschillende modellen onderzocht. Hieruit blijkt dat door toediening van GQDs de (ophopingen van) eiwitten die de ziekte van Parkinson veroorzaken worden afgebroken. Het beste resultaat is in het beginstadium van de ziekte, maar ook in een verder stadium worden eiwitophopingen afgebroken. Het onderzoek is hoopgevend, ook omdat er geen noemenswaardige bijwerkingen van GQDs zijn gevonden.

Bij de ziekte van Parkinson sterven zenuwcellen in het centraal zenuwstelsel langzaam af. Dit leidt tot verstoring in het bewegen en soms ook tot een depressie of dementie. In de afstervende cellen worden ophopingen van onoplosbare fibrillen[1] van alfa-synucleïne-eiwitten (α-syn) gevonden. Tot nu toe is er geen effectief middel bekend dat deze fibrilophopingen kan voorkomen of oplossen.

Een team van Amerikaanse en Koreaanse onderzoekers heeft ontdekt dat grafeen quantum dots (GQDs) niet alleen de vorming van onoplosbare fibrillen van α-syn kan voorkomen, maar ook bestaande ophopingen kan afbreken. Ze laten zien dat negatief geladen GQDs sterk binden aan het positief geladen eiwit α-syn. Hiermee wordt voorkomen dat het eiwit zich opvouwt tot onoplosbare fibrillen. Omdat een GQD ook zeer waterafstotend is en de neiging heeft moleculen af te stoten, is het in staat om bestaande fibrillen uit elkaar te trekken. Deze werking is uitgezocht door de interactie tussen de eiwitten in fibrillen en de GQDs met de computer te simuleren. De GQD zijn gemaakt door koolstofbuisjes te incuberen met zwavelzuur en salpeterzuur waardoor tweedimensionale koolstofvelletjes met een dikte van 1 tot 2,5 nanometer ontstaan die fluorescerende eigenschappen hebben.

De werking van GQDs is in verschillende celmodellen onderzocht. Als α-syn-fibrillen aan zenuwcellen worden toegevoegd, maken deze cellen minder eiwitten aan die betrokken zijn bij signaaloverdracht tussen zenuwcellen, gaan de energiefabrieken (mitochondriën) van de cel kapot en gaan ze uiteindelijk dood. Bij gelijktijdige toediening van GQDs met de α-syn-fibrillen wordt dit voorkomen. Ook als de GQDs pas 3 dagen na het toedienen van α-syn-fibrillen worden toegevoegd, heeft het nog gunstige effecten; dit is maar iets minder dan bij gelijktijdige toediening. Toediening van alleen GQDs had geen noemenswaardige schadelijke effecten in de celmodellen.

De GQDs bleken ook gemakkelijk over een bloed-hersenbarrière te komen die nagebouwd was in een in-vitrosysteem. Na 24 uur waren alle GQDs van de bloedzijde aan de zenuwcelzijde terecht gekomen. Dit was gemakkelijk te meten door de fluorescente eigenschappen van de GQDs. Ook in de muis kwamen GQDs over de bloed-hersenbarrière in het gehele centraal zenuwstelsel terecht. Muizen die α-syn-fibrillen in de hersenen krijgen geïnjecteerd, ontwikkelen in de 6 maanden daarna Parkinson-achtige verschijnselen. Door om de twee weken vanaf de start vanaf de α-syn-fibrilleninjectie ook GQDs toe te dienen, werd verbetering in de activiteit van de muizen waargenomen. Zo gebruikten ze beide voorpoten evenveel en konden ze beter klimmen. Ook werd er minder verlies van dopaminerge zenuwcellen in de hersenen gezien. Ook in genetisch veranderde muizen die het foutieve humane α-syn in hun hersenen hebben[2], bleek toediening van GQDs te leiden tot verbeteringen van hun activiteit. Na 6 maanden herhaaldelijke toediening in de muizen werd geen verlies van dopaminerge zenuwcellen, abnormale gedragsveranderingen of orgaanschade gezien.

RIVM / KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie)-overweging: Bovenstaand onderzoek laat een veelbelovende toepassing zien van GQDs in de behandeling van Parkinson. Omdat de meest spectaculaire effecten worden gezien bij gelijktijdige toediening van het Parkinson veroorzakende α-syn-fibrillen en de GQDs, is wellicht de beste toepassing in de vroege behandeling van Parkinson. Maar ook wordt er verbetering gezien bij al bestaande ophopingen van het α-syn-fibrillen en de daarmee samenhangende verstoorde celprocessen en gedragsveranderingen in muizen. Omdat in de toegepaste celmodellen en muismodellen geen noemenswaardige bijwerkingen worden gevonden, lijken GQDs een gunstig veiligheidsprofiel te hebben. Dit in tegenstelling tot grafeenoxides op nanometerschaal (nano-GO) en gereduceerde GQDs. De onderzoekers laten in deze studie ook zien dat deze materialen meer schade geven in cellen dan GQDs.

 


[1]   Een kenmerk van de ziekte van Parkinson is dat alfa-synucleïne eiwitten samenklonteren en vervolgens onoplosbare structuren vormen die fibrillen worden genoemd

[2]   Transgeen muismodel waarin een stuk menselijk DNA deoxyribonucleic acid (deoxyribonucleic acid) deoxyribonucleic acid  is toegevoegd met een bekende mutatie in α-synucleïne wat leidt tot eiwitophoping en de ziekte van Parkinson.