Scienziati dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz in Germania hanno scoperto che le nanoparticelle di triossido di molibdeno ossidano da solfito a solfato nelle cellule epatiche in analogia all'enzima solfito ossidasi. Le nanoparticelle funzionalizzate di triossido di molibdeno possono attraversare la membrana cellulare e accumularsi nei mitocondri, dove possono recuperare l'attività della solfito ossidasi.

La solfito ossidasi è un enzima contenente molibdeno situato nei mitocondri delle cellule epatiche e renali, che catalizza l'ossidazione del solfito in solfato durante il metabolismo proteico e lipidico e svolge quindi un ruolo importante nei processi di disintossicazione cellulare. La mancanza di solfito ossidasi funzionale è una malattia genetica rara ma fatale che causa disturbi neurologici, ritardo mentale, deformità fisiche e degrado del cervello, che alla fine porta alla morte prematura. Vari trattamenti dietetici o farmacologici per una carenza di solfito ossidasi sono stati provati con moderato successo.

È stato il fatto che l'ossido di molibdeno sia incorporato nel sito attivo degli enzimi che ha fornito l'ispirazione per l'approccio ora adottato dal team di scienziati che lavorano sotto la guida del professor Wolfgang Tremel dell'Istituto JGU di chimica inorganica e chimica analitica, nonché del dott. Dennis Strand e la Professoressa Susanne Strand del Dipartimento di Medicina Interna del Mainz University Medical Center. I ricercatori sperano che questo studio possa gettare le basi per un'applicazione terapeutica delle nanoparticelle di triossido di molibdeno e quindi nuove possibilità per trattare la carenza di solfito ossidasi.

Livelli ridotti di solfito ossidasi possono causare problemi di salute anche a persone altrimenti sane. Inoltre, i solfiti sono usati come conservanti negli alimenti, per esempio., nel vino rosso, succo d'uva, o sottaceti in un barattolo. Le persone con bassi livelli di solfito ossidasi reagiscono con sintomi come stanchezza, asma, calo di zucchero nel sangue, o mal di testa.

Con il loro studio gli scienziati di Magonza entrano in un territorio scientificamente inesplorato, perché finora ci sono solo pochi studi sulle nanoparticelle enzimaticamente attive. "È davvero sorprendente, che semplici nanoparticelle inorganiche possono mimare un'attività enzimatica, " ha detto Ruben Ragg, primo autore di questo studio. In un lavoro precedente, il professor Wolfgang Tremel e il suo team avevano dimostrato che i nanofili di ossido di vanadio contengono un'attività antivegetativa indotta enzimaticamente che impedisce efficacemente alle navi di essere infestate da microrganismi marini. "È un obiettivo di vecchia data della chimica sintetizzare enzimi artificiali che imitano i principi essenziali e generali degli enzimi naturali, " ha aggiunto Tremel. Ci sono prove crescenti che le nanoparticelle possono agire come imitatori di enzimi. Alcuni nanomateriali sono stati segnalati per esibire attività simili a enzimi, ma il segno distintivo della chimica degli enzimi sarebbe quello di catalizzare le trasformazioni nelle cellule in presenza di altre reazioni concorrenti. Questo è difficile da raggiungere, poiché richiede compatibilità con altre reazioni cellulari operanti in condizioni e velocità simili. Perciò, gli enzimi artificiali non sono utili solo per la comprensione del meccanismo di reazione degli enzimi nativi, ma anche per future applicazioni come agenti terapeutici.

Allo stesso tempo, l'uso di nanoparticelle di molibdeno avrebbe diversi vantaggi. "Le particelle di ossido di molibdeno sono notevolmente più economiche e anche più stabili degli enzimi prodotti geneticamente, " ha aggiunto il Dott. Filipe Natalio, partner di cooperazione dell'Università Martin Luther di Halle-Wittenberg. Natalio sta progettando nuovi materiali in grado di imitare strutture complesse presenti in natura riunendo un'ampia gamma di competenze dalle scienze dei materiali alla biologia e alla chimica. I prossimi passi del progetto saranno verificare se l'attività enzimatica delle nanoparticelle può essere conservata negli organismi viventi.

I team di ricerca sono stati supportati da una sovvenzione interdisciplinare del JGU Center for Natural Sciences and Medicine (NMFZ) e del Max Planck Graduate Center (MPGC).