Svavelbaserade föreningar som produceras i våra kroppar hjälper till att bekämpa inflammation och skapa nya blodkärl, bland annat, men föreningarna är känsliga och bryts lätt ned, vilket gör dem svåra att studera.
Ett team ledd av forskare från Penn State har utvecklat en ny metod för att generera föreningarna – kallade polysulfider – inuti celler, och arbetet kan potentiellt leda till framsteg inom sårbehandling och vävnadsreparation.
Forskarna rapporterade sitt arbete i tidskriften Advanced Healthcare Materials .
"Forskare har tidigare kämpat för att leverera svavelarter som är lämpliga för biologiska system, och vi har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som kan göra det", säger Urara Hasegawa, biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid Penn State och motsvarande författare till studien. "Vårt arbete erbjuder ett lovande alternativ för kontrollerad leverans av polysulfider för terapeutiska tillämpningar."
Svavelväte (H2 S), gasen som är ansvarig för lukten av röta ägg i naturgas och avlopp, produceras också i våra kroppar, där den verkar fungera som en signalförmedlare - skickar meddelanden till celler och hjälper till att reglera processer i hjärt-, nerv- och immunsystemet. system.
Men enligt forskarna har nyare studier antytt att H2 S kanske inte är signalförmedlaren. Istället kan det vara polysulfider, som skapas när H2 S blandar sig med enzymer och syre i celler, sa forskarna.
Forskare har inte kunnat bekräfta denna teori, sa Hasegawa, eftersom polysulfidföreningar i sig är instabila och bryts ner lätt.
"Nuvarande forskning är ganska begränsad eftersom vi, som ett samhälle, inte vet hur sulfidarter fungerar," sa Hasegawa och förklarade att oförmågan att producera en kontrollerad och fördröjd frisättning av föreningarna i biologiska system har hindrat sulfidbiologins framsteg. forskning. "Om vi vill kunna göra grundforskning är ett leveranssystem viktigt, och det är vad vi har utvecklat här."
Forskarna skapade en ny metod för att inducera H2 S oxidationsreaktion inuti celler genom att använda polymera miceller, som är självmonterade kärna-skalstrukturer i nanostorlek.
Dessa kärn-skal-strukturer kan tas upp av celler och skydda vad som finns inuti – i det här fallet manganporfyrin, ett metallkomplex som kan omvandla H2 S till polysulfider.
"Vi gjorde den här nanostrukturen som fungerar som en slags nanokapsel," sa Hasegawa. "Denna nanokapsel kan skydda porfyrinkomplexet från cellulär miljö och tillåter oss att katalysera oxidation av H2 S till polysulfider och att göra det inuti en cell."
Forskarna testade tillvägagångssättet i mänskliga navelvens endotelceller, ett vanligt modellsystem som använder cellerna som kantar venen i navelsträngen. De fann att behandling av celler med kombinationen av en H2 S-donatormolekylen och manganporfyrin-polymermicellerna inducerade bildandet av endotelcellsrör - eller de kapillärliknande strukturerna som kantar blodkärlen. Lägger till H2 Enbart S-donatormolekylen inducerade endast svag rörbildning.
"I angiogenesen - eller bildandet av nya blodkärl - processen är endotelceller kända för att omvandlas från en polygonal till långsträckt form," sa Hasegawa och noterade att den vetenskapliga litteraturen också indikerar att angiogenes kan inducera endotelcellsproliferation och migration. "Celler måste anpassa sig och forma om för att bilda det innersta lagret av blodkärlet som fungerar som en barriär för att begränsa blodet i kärlet."
Resultaten indikerar att omvandlingen av H2 S till polysulfider krävs för att stimulera bildning av endotelcellsrör. Att tillföra polysulfider som behandling kan få konsekvenser för behandling av sår och reparation av vävnader, sa forskarna.
"Vi är mycket intresserade av vävnadsteknik eller vävnadsregenerering," sa Hasegawa. "Vårt arbete visar att om vi använder dessa sulfidarter ser det ut som att vi kan stimulera angiogenes."
Hasegawa sa att teamet fortsätter sin forskning för att förstå mekanismerna för bioaktiviteten hos polysulfider. Framtida arbete kan också innebära att utforska terapeutiska tillämpningar för micellerna.
Mer information: Kemper Young et al, Polymera miceller innehållande manganporfyrin:en ny metod för intracellulär katalytisk bildning av per/polysulfid-arter från en vätesulfiddonator, avancerat hälsovårdsmaterial (2023). DOI:10.1002/adhm.202302429
Journalinformation: Avancerat vårdmaterial
Tillhandahålls av Pennsylvania State University
