Uma estratégia de antioxidante baseada em ultra

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8455 (2023) Cite este artigo

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A antioxidação está em demanda nos sistemas vivos, pois o excesso de espécies reativas de oxigênio (ROS) nos organismos leva a uma variedade de doenças. As estratégias convencionais de antioxidação são baseadas principalmente na introdução de antioxidantes exógenos. No entanto, os antioxidantes geralmente têm deficiências de baixa estabilidade, não sustentabilidade e toxicidade potencial. Aqui, propusemos uma nova estratégia de antioxidação baseada em nanobolhas ultrapequenas (NBs), na qual a interface gás-líquido foi empregada para enriquecer e eliminar ROS. Verificou-se que os NBs ultra-pequenos (~ 10 nm) exibiram uma forte inibição na oxidação de substratos extensos por radicais hidroxila, enquanto os NBs normais (~ 100 nm) funcionaram apenas para alguns substratos. Como a interface gás-água dos ultrapequenos NBs não é dispensável, sua antioxidação seria sustentável e seu efeito cumulativo, o que é diferente do uso de nanobolhas reativas para eliminar radicais livres, pois os gases são consumíveis e a reação é insustentável . Portanto, nossa estratégia de antioxidação baseada em NB ultrapequenos forneceria uma nova solução para a antioxidação na biociência, bem como em outros campos, como materiais, indústria química, indústria alimentícia, etc.

Nos sistemas vivos, a antioxidação é uma das questões mais preocupantes, uma vez que as espécies reativas de oxigênio (ROS) geralmente são produzidas persistentemente junto com o metabolismo celular normal1,2. No entanto, o excesso de ROS geralmente causa danos oxidativos a uma variedade de componentes celulares importantes, incluindo lipídios, proteínas e moléculas de DNA3,4,5,6. Atualmente, vários antioxidantes têm sido sugeridos como suplementos dietéticos para reduzir doenças associadas a ROS7. A eficácia desses antioxidantes foi comprovada no tratamento de muitas doenças agudas causadas por dano oxidativo8,9. No entanto, nas últimas décadas, a maioria dos ensaios clínicos no tratamento de doenças crônicas causadas por danos oxidativos pelos suplementos de antioxidantes não forneceu evidências convincentes para os benefícios clínicos10. Infelizmente, alguns antioxidantes têm até efeitos colaterais tóxicos11,12,13,14,15, e a maioria deles não é sustentável em uso e se torna instável devido à sua sensibilidade a ambientes normais16,17,18,19,20,21. Portanto, novas estratégias de antioxidantes com alta estabilidade, sustentabilidade e segurança biológica são exigidas.

A interface gás-líquido tem sido reconhecida por ter propriedades físicas, químicas e bioquímicas únicas. Recentemente, tem sido empregado para regular muitas reações de oxidação/redução. Algumas simulações e evidências experimentais mostraram que as interfaces gás-líquido podem enriquecer ROS e regular os processos de sua geração e extinção22,23,24,25, resultando em aumento/inibição da reação de oxidação do substrato por ROS. Por exemplo, Heath e Valsaraj26 estudaram o processo de enriquecimento de ROS e dos reagentes na interface gás-líquido e descobriram que a taxa de reação foi amplamente promovida por várias ordens em comparação com as soluções a granel. Nam e Richard27,28,29 descobriram que a oxidação ou redução ocorreria nas interfaces gás-líquido de pequenas gotículas de água para diferentes tipos de substratos. Nesses estudos, a interface gás-líquido se efetiva por meio da adsorção de ROS e/ou substratos. Assim, se a área de superfície de uma interface gás-líquido for tão pequena que prefira enriquecer EROs, mas tenha espaço insuficiente para substâncias maiores, ela pode exibir uma certa atividade antioxidante para uma série de substratos. Até agora, os efeitos de tamanho da interface gás-líquido na reatividade não foram investigados como o de nanogotículas30,31.

Nanobolhas (NBs), tipicamente como uma fase gasosa em nanoescala suspensa na fase aquosa32,33, podem fornecer um grande número de interfaces gás-líquido que podem ser empregadas para o enriquecimento de ROS. O tamanho dos NBs varia de ~ 10 nm (NBs ultrapequenos) a centenas de nanômetros (NBs normais); portanto, é um modelo adequado para estudar a antioxidação ou oxidação de uma interface gás-líquido. Anteriormente, foi relatado que os NBs de oxigênio promoveram a formação de ROS produzindo radicais hidroxila através do colapso das microbolhas34, enquanto os NBs de hidrogênio redutores ajudaram na extinção de ROS35,36. No entanto, nesses estudos, o foco foram as propriedades químicas das fases gasosas, e não o tamanho dos NBs, nos quais os gases nas nanobolhas são de consumo e se esgotariam, tornando a reação redox insustentável.