Metode til fremstilling af svovlforbindelser i celler viser løfte om vævsreparation

Svovlbaserede forbindelser produceret i vores kroppe hjælper blandt andet med at bekæmpe inflammation og skabe nye blodkar, men forbindelserne er sarte og nedbrydes let, hvilket gør dem svære at studere.

Et hold ledet af Penn State-forskere har udviklet en ny metode til at generere forbindelserne - kaldet polysulfider - inde i celler, og arbejdet kan potentielt føre til fremskridt inden for sårbehandling og vævsreparation.

Forskerne rapporterede deres arbejde i tidsskriftet Advanced Healthcare Materials .

"Forskere har tidligere kæmpet for at levere svovlarter, der passer til biologiske systemer, og vi har udviklet en ny tilgang, der kan gøre det," sagde Urara Hasegawa, assisterende professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Penn State og en tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Vores arbejde tilbyder en lovende mulighed for kontrolleret levering af polysulfider til terapeutiske anvendelser."

Hydrogensulfid (H₂ S), gassen, der er ansvarlig for lugten af ​​rådne æg i naturgas og kloakker, produceres også i vores kroppe, hvor den ser ud til at fungere som en signalformidler - sender beskeder til celler og hjælper med at regulere processer i hjerte-kar-, nerve- og immunsystemet. systemer.

Men ifølge forskerne har nyere undersøgelser antydet, at H₂ S er måske faktisk ikke signalformidleren. I stedet kan det være polysulfider, som dannes, når H₂ S blander sig med enzymer og ilt i celler, sagde forskerne.

Forskere har ikke været i stand til at bekræfte denne teori, sagde Hasegawa, fordi polysulfidforbindelser i sagens natur er ustabile og let nedbrydes.

"Nuværende forskning er ret begrænset, fordi vi som samfund ikke ved, hvordan sulfidarter fungerer," sagde Hasegawa og forklarede, at manglende evne til at producere en kontrolleret og vedvarende frigivelse af forbindelserne i biologiske systemer har hindret sulfidbiologiens fremskridt. forskning. "Hvis vi vil være i stand til at lave grundforskning, er et leveringssystem essentielt, og det er det, vi har udviklet her."

Forskerne skabte en ny metode til at inducere H₂ S oxidationsreaktion inde i celler ved at bruge polymere miceller, som er selvsamlede nano-størrelse kerne-skal strukturer.

Disse kerne-skal strukturer kan optages af celler og beskytte, hvad der er indeni - i dette tilfælde mangan porphyrin, et metalkompleks, der kan omdanne H₂ S til polysulfider.

"Vi lavede denne nanostruktur, der fungerer som en slags nanokapsel," sagde Hasegawa. "Denne nanokapsel kan beskytte porphyrinkomplekset mod cellulært miljø og giver os mulighed for at katalysere oxidation af H₂ S til polysulfider og at gøre det inde i en celle."

Forskerne testede metoden i humane navlevene-endotelceller, et almindeligt modelsystem, der bruger cellerne i navlestrengens vene. De fandt ud af, at behandling af celler med kombinationen af ​​en H₂ S-donormolekyle og de manganporphyrin-polymere miceller inducerede dannelsen af ​​endotelcellerør - eller de kapillærlignende strukturer, der beklæder blodkarrene. Tilføjelse af H₂ S-donormolekyle alene inducerede kun svag rørdannelse.

"I angiogenesen - eller dannelsen af ​​nye blodkar - processen er endotelceller kendt for at transformere fra en polygonal til langstrakt form," sagde Hasegawa og bemærkede, at den videnskabelige litteratur også indikerer, at angiogenese kan inducere endotelcelleproliferation og migration. "Celler skal justeres og omformes for at danne det inderste lag af blodkarret, der fungerer som en barriere for at begrænse blodet i karret."

Resultaterne indikerer, at konverteringen af ​​H₂ S til polysulfider er påkrævet for at stimulere dannelsen af ​​endotelcellerør. At levere polysulfider som en behandling kan have konsekvenser for behandling af sår og reparation af væv, sagde forskerne.

"Vi er meget interesserede i vævsteknologi eller vævsregenerering," sagde Hasegawa. "Vores arbejde viser, at hvis vi anvender disse sulfidarter, ser det ud til, at vi kan stimulere angiogenese."

Hasegawa sagde, at holdet fortsætter sin forskning i at forstå mekanismerne for bioaktiviteten af ​​polysulfider. Fremtidigt arbejde kunne også involvere at udforske terapeutiske anvendelser for micellerne.

Flere oplysninger: Kemper Young et al., Manganporphyrin-holdige polymere miceller:En ny tilgang til intracellulær katalytisk dannelse af per/polysulfid-arter fra en hydrogensulfiddonor, avancerede sundhedsmaterialer (2023). DOI:10.1002/adhm.202302429

Journaloplysninger: Avanceret sundhedsplejemateriale

Leveret af Pennsylvania State University