För att utveckla motgift mot kemiska medel, som cyanid och senapsgas, forskare behöver analytiska metoder som spårar inte bara exponeringsnivån utan också hur läkemedlet motverkar kemikaliens effekter. Det är där Erica Manandhars verk, postdoktor vid South Dakota State University, kommer in.

Flera Food and Drug Administration-godkända motgift finns tillgängliga för cyanidförgiftning, men de har allvarliga begränsningar, förklarade Manandhar, som avslutade sitt doktorandarbete vid institutionen för kemi och biokemi i december 2017. Hon utvecklade den första analysmetoden för att utvärdera en ny cyanidmotgift, dimetyltrisulfid (DMTS), och en metod för att snabbt upptäcka ett ämne associerat med exponering för svavelsenap.

Hennes forskningsrådgivare, professor Brian Logue, har utvecklat motåtgärder för att hantera exponering för cyanid och andra möjliga kemiska vapen i mer än ett decennium genom stöd från försvarsdepartementet och National Institutes of Health. Logue utvecklade en metod för att upptäcka cyanidexponering på 60 sekunder från ett blodprov och arbetar för att få FDA-godkännande för en bärbar enhet som kallas en cyanalyzer.

Manandhar sa, "Jag har alltid varit intresserad av vetenskap för att lösa problem som påverkar människors liv. Att arbeta med Dr. Logue om cyanid och kemiska krigföringsmedel, Jag kan hjälpa till att hitta svar på frågor av stor oro i den moderna världen."

Testar nytt cyanidmotgift

"DMTS är inte beroende av några andra kroppsenzymer så det kan fungera på egen hand. Det kan lätt penetrera cellmembranet och blod-hjärnbarriären och det kan administreras intramuskulärt - det är viktigt när du har att göra med massolycka i fält , " sa Manandhar.

För att utvärdera ett motgift i djurmodeller, forskare måste förstå den hastighet med vilken motgiften kommer in i kroppen, hur den neutraliserar cyaniden och hur kroppen utsöndrar eller metaboliserar den. "Forskare måste veta vad läkemedlet gör i kroppen, " sa Manandhar. Den analytiska metoden hon utvecklade bestämmer DMTS-nivåer i blodet.

Forskare som arbetar med DMTS som ett cyanidmotgift skickar prover från sina djurstudier till Manandhar för analys när de arbetar mot FDA-godkännande. Deras samarbete finansieras genom National Institutes of Health Countermeasures Against Chemical Threats (CounterACT) Program, som stödjer utvecklingen av nya terapier för att förebygga och behandla skador från giftiga kemikalier, som kan frigöras genom en industriolycka eller som en terroristattack.

Detekterar exponering för senapsgas

Nästan ett sekel efter svavelsenap, allmänt känd som senapsgas, användes först som kemisk krigföringsmedel under första världskriget, det finns fortfarande inget motgift. Exponering för senapsgas, antingen som en vätska eller en gas, orsakar blåsor i hud och slemhinnor, enligt Centers for Disease Control and Prevention. Offren kanske inte vet att de har varit utsatta i timmar eller till och med dagar och ångan kan bäras med vinden.

"Det huvudsakliga sättet att senapsgas dödar är genom andningsskador, " Manandhar sa, som påpekade att svavelsenap användes på 1980-talet under kriget mellan Iran och Irak och, på senare tid, i Syrien. "Forskare försöker förstå hur denna toxicitet uppstår, vad vi kan göra för att mildra det och vilka droger som har potential att göra detta."

Slutmålet är att utveckla motgift, men att göra det, forskare måste bestämma exponeringsnivån så att de vet hur effektiv behandlingen är, Logue förklarade. "Det är där vi kommer in."

Att bestämma inhalationsdosen är svårt eftersom andningshastighet och lungvolym skiljer sig, förklarade Manandhar, som screenar prover från djurstudier utförda vid University of Colorado-Denver. Forskningen stöds också av NIH CounterACT.

"Vi letar efter biomarkörer - vad senapsgas omvandlas till - för att utveckla noggranna inhalationstoxicitetsstudier, " sa Manandhar. För hennes avhandlingsforskning, Manandhar utvecklade en metod för att detektera svavelsenapsoxid, en biomarkör för exponering för svavelsenap, i plasma. "Det dyker upp i kroppen direkt efter exponering och Ericas analysmetod identifierar markören på 15 minuter, " förklarade Logue.

"Planen är att använda biomarkörerna för att skapa en diagnostik för senapsgas, " fortsatte han. Men Logue varnade, endast ett litet antal studier har gjorts. Mer arbete kommer att behövas för att bekräfta att biomarkörerna de har identifierat kommer att korrelera med den faktiska inhalerade dosen. Även om det finns mycket kvar att göra, forskare gör framsteg mot att utveckla ett motgift mot ett kemiskt krigsmedel som har hotat världens befolkning i årtionden.