Les chercheurs ont utilisé des techniques spectroscopiques avancées de rayons X à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du SLAC, ce qui leur a permis d’approfondir les propriétés chimiques du nitroxyde. Crédit : Greg Stewart/Laboratoire national des accélérateurs du SLAC
Les chercheurs du SLAC développent une nouvelle méthode activée par la lumière pour produire la molécule nitroxyde, qui ouvre la porte à de futures applications biomédicales.
Dévoiler le potentiel du nitroxyde
Les scientifiques du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l’Énergie ont acquis des informations précieuses sur la production de nitroxyde, une molécule ayant des applications potentielles dans le domaine biomédical. Alors que l’oxyde nitrique (NO) est depuis longtemps sur le radar des chercheurs en raison de ses effets physiologiques importants, son cousin moins connu, le nitroxyde (HNO), est resté largement inexploré.
Collaboration et résultats de recherche
L’étude, publiée récemment dans le Journal de l’American Chemical Sociétéest né d’un effort conjoint entre les équipes du laser à rayons X Linac Coherent Light Source (LCLS) du SLAC et de la source de lumière à rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL).
Le nitroxyde a bon nombre des mêmes effets physiologiques que l’oxyde nitrique – tels que sa capacité à combattre les germes, à prévenir la formation de caillots sanguins et à détendre et dilater les vaisseaux sanguins – avec des propriétés thérapeutiques supplémentaires, telles que l’efficacité dans le traitement de l’insuffisance cardiaque, ainsi qu’un antioxydant plus puissant. activité et cicatrisation des plaies. Cependant, ce n’est pas un produit chimique à vie longue. espèces les méthodes permettant sa distribution ciblée sont donc essentielles aux futures applications biomédicales.
Défis et exploration plus approfondie
Pour relever ce défi, l’équipe s’est concentrée sur une molécule unique, un complexe fer-nitrosyle (Fe-NO). Leurs recherches visaient à comprendre les propriétés complexes de la liaison Fe-NO, avant et après l’exposition à la lumière, afin de comprendre les complexités de la production de nitroxyde. Ils ont découvert qu’en exposant cette molécule à la lumière optique, ils pouvaient rompre sa liaison, produisant potentiellement du nitroxyde.
« Bien que cette recherche soit de nature fondamentale, nous espérons que d’autres chercheurs pourront tirer parti de ce que nous avons appris de cette molécule et en tirer des technologies thérapeutiques en optimisant des molécules similaires pour la médecine », a déclaré Leland Gee, scientifique et collaborateur du SLAC. « L’idée serait d’obtenir une molécule qui libère du HNO dans le corps là où il est nécessaire et de la mettre en lumière pour la libérer pour ses propriétés thérapeutiques. »
L’un des défis auxquels l’équipe a été confrontée était la répartition ambiguë des électrons entre le fer atome et le ligand nitrosyle – une molécule ou un ion qui se lie à un atome ou un ion métallique central – dans le complexe Fe-NO, ce qui limite la quantité d’informations pouvant être obtenues à l’aide des méthodes traditionnelles. Les scientifiques ont utilisé des techniques avancées de spectroscopie à rayons X au SSRL qui leur ont permis d’approfondir les propriétés chimiques de la molécule et de sa liaison, fournissant ainsi une image plus complète du système Fe-NO et de la manière dont il réagit à la lumière.
Pour le suivi, les scientifiques prévoient d’explorer davantage les subtilités du processus de rupture des liaisons et la manière d’optimiser la production de nitroxyde ou d’oxyde nitrique. Ils envisagent également de remplacer le fer par d’autres métaux pour mieux comprendre le processus de photoproduction.
« Dans cette recherche, nous comprenons la molécule de départ et ses produits finaux après l’avoir mise en lumière », a déclaré Gee. « Il reste encore de nombreuses nuances à explorer dans la rupture réelle des liaisons et la libération du nitroxyde de cette molécule. Quelle étape du processus décide de la libération de nitroxyde au lieu d’oxyde nitrique ? Comment pouvons-nous ajuster structurellement le système pour produire l’une ou l’autre molécule ?
Implications et orientations futures
Ce travail permet de mieux comprendre les propriétés à surveiller lors des futures expériences au LCLS, où les scientifiques pourront prendre des instantanés en temps réel du processus de photogénération du nitroxyde.
« Les informations que nous avons obtenues mettent en évidence la puissance de cette approche et servent de modèle pour de futures études sur ces molécules et des molécules similaires qui s’étendront aux études menées au LCLS », a déclaré Gee.
La recherche est prometteuse pour la communauté médicale et les patients qui pourraient bénéficier de ses applications futures.
« Bien que nous soyons encore loin d’utiliser la lumière sur ces molécules pour traiter des maladies cardiovasculaires graves, les connaissances fondamentales sur ces molécules jettent des bases substantielles pour la recherche appliquée à l’avenir », a déclaré Gee. « Cela pourrait conduire à de toutes nouvelles façons d’utiliser la lumière pour traiter les maladies cardiovasculaires, les infections microbiennes, le cancer et d’autres problèmes de santé. »
SSRL et LCLS sont des installations utilisateur du DOE Office of Science. Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du DOE. La ressource de biologie moléculaire structurale de SSRL est financée par le Instituts nationaux de la santé et Bureau des sciences du DOE.
