Un'immagine microscopica di cellule tumorali polmonari umane, in cui la molecola che trasporta monossido di carbonio sviluppata dalla Utah State University ha dimostrato di colpire i mitocondri, come rivela il colore giallo-verde brillante. Credito:Utah State University
Circa quattro anni fa, La chimica della Utah State University Lisa Berreau ha posto una domanda alla collega e tossicologa dell'USU Abby Benninghoff.
"I miei studenti e io avevamo sviluppato una nuova molecola di flavonoide in grado di rilasciare monossido di carbonio, "Ricorda Berreau. "E stavamo cercando una risposta alla domanda, 'Potrebbe uccidere le cellule tumorali?'"
La risposta breve di Benninghoff? Sì. Ma come in molte ricerche scientifiche, la domanda ha sollevato più domande e ha avviato uno sforzo interdisciplinare per esplorare le sfumature del rilascio controllato di monossido di carbonio nelle cellule.
Berreau e Benninghoff, insieme ai loro studenti Marina Popova, Tatiana Soboleva, Hector Esquer e Stacey Anderson, così come il collega Suliman Ayad della Florida State University, stanno attirando l'attenzione internazionale con i loro risultati. Il team ha recentemente pubblicato i risultati dei propri studi sulla rivista dell'American Chemical Society Biologia Chimica e nel Giornale della Società Chimica Americana .
La ricerca del team è supportata dal National Institutes of Health, la Utah Agricultural Experiment Station e l'USU Office of Research and Graduate Studies.
Rilascio di monossido di carbonio, noto anche come CO, probabilmente suona un po' spaventoso. Dopotutto, dotiamo le nostre case di rilevatori di monossido di carbonio per evitare tragici incidenti. Facciamo attenzione a non lasciare le auto ferme in spazi chiusi. Ancora, il temibile gas è prodotto dai nostri stessi corpi, anche se in piccole quantità, e potrebbe essere un antidoto chiave per malattie moderne come il cancro, infiammazione e ipertensione.
Come molte sostanze, compresi gli esempi meno minacciosi di acqua e ossigeno, troppo monossido di carbonio è una brutta cosa. Ma un po' potrebbe salvarti la vita.
"Quel livido sulla tua pelle - è la prova di un percorso biochimico, dove viene rilasciato CO, "dice Berreau, vicepresidente associato per la ricerca presso lo Utah State e professore presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'USU.
Le molecole specifiche degli scienziati USU per il rilascio di CO sono uniche, in quei precedenti tentativi di sviluppare molecole che rilasciano monossido di carbonio, noti come "CORM, " hanno utilizzato strutture contenenti metallo.
Da sinistra, Gli scienziati della Utah State University Abby Benninghoff, Tatiana Soboleva, Marina Popova e Lisa Berreau stanno sviluppando molecole per fornire quantità controllate di monossido di carbonio a bersagli all'interno del corpo umano. Credito:Mary-Ann Muffoletto
"L'uso dei metalli solleva preoccupazioni a causa della possibile tossicità, " dice Berreau.
La molecola sviluppata dall'USU è derivata da pigmenti organici chiamati flavonoidi, che si trovano naturalmente in alimenti come bacche e cacao.
Tra le sfide dello sviluppo delle molecole e dello sfruttamento del potere curativo della CO c'è capire come fornire il gas potenzialmente benefico in modo sicuro, quantità desiderate a siti specificamente mirati nel corpo.
"Una caratteristica delle nostre molecole è che mostrano il rilascio di monossido di carbonio solo quando vengono attivate dalla luce visibile, " dice Berreau.
Questa è una parte "unica ed emozionante" degli sforzi dell'USU, dice Benninghoff, professore associato presso il Dipartimento di Animali dell'USU, Scienze lattiero-casearie e veterinarie e Scuola di Medicina Veterinaria. "Il nostro a base di flavonoidi, i photoCORM organici sono tracciabili, mirabile e attivabile."
I dottorandi Popova e Soboleva stanno approfondendo ciò che accade a livello cellulare e molecolare, quando la CO viene rilasciata e si diffonde all'interno delle cellule.
Utilizzando la microscopia a fluorescenza, Popova, autore principale di JACS carta, sta dimostrando la consegna mirata di CO da parte dei photoCORM alle cellule tumorali, così come la capacità dei fotoCORM di produrre effetti antinfiammatori significativi.
"Stiamo perfezionando la nostra struttura molecolare per consentire un migliore controllo del rilascio di CO per produrre effetti biologici più mirati e precisi, " lei dice.
Soboleva, un USU Presidential Graduate Research Fellow e autore principale del ACS Biologia Chimica carta, sta studiando il comportamento del photoCORM a livello mitocondriale. Ha recentemente ricevuto una borsa di studio competitiva dell'American Health Association, che le consentirà di esplorare ulteriormente l'uso dei photoCORM per combattere l'infiammazione, un moderno flagello per la salute pubblica legato a un'ampia gamma di malattie croniche, includono malattie cardiache e diabete.
"La nostra collaborazione tra le discipline ci ha permesso di ottenere molto di più di quanto avremmo potuto ottenere nel nostro laboratorio, "dice Berreau, che detiene il brevetto sul photoCORM sviluppato dall'USU. "Questo è il motivo per cui la collaborazione è importante. Stiamo apportando competenze complementari allo sviluppo di molecole che rilasciano CO per potenziali applicazioni terapeutiche".
