Spore, mål, trigger:Forskere udforsker kontrolleret CO-udslip

For omkring fire år siden, Kemiker Lisa Berreau fra Utah State University stillede et spørgsmål til USU-kollegaen og toksikologen Abby Benninghoff.

"Mine elever og jeg havde udviklet et nyt flavonoidmolekyle, der kunne frigive kulilte, " husker Berreau. "Og vi søgte et svar på spørgsmålet, "Kunne det dræbe kræftceller?"

Benninghoffs korte svar? Ja. Men som i mange videnskabelige sysler, spørgsmålet rejste flere spørgsmål og igangsatte en tværfaglig indsats for at udforske nuancerne af kontrolleret kuliltefrigivelse i celler.

Berreau og Benninghoff, sammen med deres elever Marina Popova, Tatiana Soboleva, Hector Esquer og Stacey Anderson, samt kollega Suliman Ayad fra Florida State University, får international opmærksomhed med deres resultater. Holdet offentliggjorde for nylig resultaterne af deres undersøgelser i tidsskriftet American Chemical Society Kemisk biologi og i Journal of the American Chemical Society .

Holdets forskning er støttet af National Institutes of Health, Utah Agricultural Experiment Station og USU Office of Research and Graduate Studies.

Frigivelse af kulilte, også kendt som CO, lyder nok lidt skræmmende. Trods alt, vi udstyrer vores hjem med kuliltedetektorer for at undgå tragiske ulykker. Vi passer på ikke at køre biler i tomgang i lukkede rum. Endnu, den frygtindgydende gas produceres af vores egne kroppe, dog i små mængder, og kan være en vigtig modgift mod nutidige sygdomme som kræft, inflammation og hypertension.

Ligesom mange stoffer, inklusive de mindre truende eksempler på vand og ilt, for meget kulilte er en dårlig ting. Men lidt kan måske være en livredder.

"Det blå mærke på din hud - det er bevis på en biokemisk vej, hvor der frigives CO, " siger Berreau, associeret vicepræsident for forskning ved Utah State og professor i USU's Department of Chemistry and Biochemistry.

USU-forskernes specifikke molekyler til CO-frigivelse er unikke, i at tidligere forsøg på at udvikle kulilte-frigivende molekyler, kendt som "CORMs, " har brugt metalholdige strukturer.

"Brug af metaller giver anledning til bekymring på grund af mulig toksicitet, " siger Berreau.

Det USU-udviklede molekyle er afledt af organiske pigmenter kaldet flavonoider, som forekommer naturligt i fødevarer som bær og kakao.

Blandt udfordringerne ved at udvikle molekylerne og udnytte den helbredende kraft af CO er at finde ud af, hvordan man kan levere den potentielt gavnlige gas i sikker, ønskede mængder til specifikt målrettede steder i kroppen.

"Et træk ved vores molekyler er, at de kun udviser kuliltefrigivelse, når de udløses af synligt lys, " siger Berreau.

Det er en "unik og spændende" del af USU's indsats, siger Benninghoff, lektor i USU's Institut for Husdyr, Mejeri- og Veterinærvidenskab og Veterinærskole. "Vores flavonoid-baserede, organiske photoCORMs er sporbare, kan målrettes og udløses."

Ph.d.-studerende Popova og Soboleva dykker ned i, hvad der sker på cellulært og molekylært niveau, når CO frigives og diffunderer i celler.

Ved hjælp af fluorescensmikroskopi, Popova, hovedforfatter af JACS papir, demonstrerer målrettet CO-levering af photoCORM'er til kræftceller, samt fotoCORM'ernes evne til at frembringe betydelige antiinflammatoriske virkninger.

"Vi forfiner vores molekylære struktur for at muliggøre bedre kontrol af CO-udslip for at producere mere målrettede og præcise biologiske effekter, " hun siger.

Soboleva, en USU Presidential Graduate Research Fellow og hovedforfatter af ACS Kemisk Biologi papir, undersøger photoCORM's adfærd på mitokondrieniveau. Hun er en nylig modtager af et konkurrencedygtigt American Health Association Fellowship, hvilket vil gøre hende i stand til yderligere at udforske brugen af ​​photoCORMs til at bekæmpe inflammation, en moderne plage for folkesundheden forbundet med en lang række kroniske sygdomme, omfatte hjertesygdomme og diabetes.

"Vores samarbejde på tværs af discipliner har gjort os i stand til at opnå langt mere, end vi kunne have i vores eget laboratorium, " siger Berreau, som har patentet på den USU-udviklede photoCORM. "Det er derfor, samarbejde betyder noget. Vi bringer komplementær ekspertise til udvikling af CO-frigivende molekyler til potentielle terapeutiske anvendelser."