Methode voor het produceren van zwavelverbindingen in cellen is veelbelovend voor weefselherstel

Op zwavel gebaseerde verbindingen die in ons lichaam worden geproduceerd, helpen onder andere bij het bestrijden van ontstekingen en het creëren van nieuwe bloedvaten, maar de verbindingen zijn delicaat en breken gemakkelijk af, waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn.

Een team onder leiding van wetenschappers van Penn State heeft een nieuwe methode ontwikkeld om de verbindingen, polysulfiden genaamd, in cellen te genereren, en het werk zou mogelijk kunnen leiden tot vooruitgang op het gebied van wondbehandeling en weefselherstel.

Dat meldden de onderzoekers hun werk in het journaal Geavanceerde gezondheidszorgmaterialen.

“Onderzoekers hebben eerder moeite gehad om zwavelsoorten te leveren die geschikt zijn voor biologische systemen, en we hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld die dat kan doen”, zegt Urara Hasegawa, assistent-professor materiaalkunde en techniek aan Penn State en een corresponderende auteur van het onderzoek. “Ons werk biedt een veelbelovende optie voor de gecontroleerde afgifte van polysulfiden voor therapeutische toepassingen.”

Waterstofsulfide (H₂S), het gas dat verantwoordelijk is voor de geur van rotte eieren in aardgas en riolen, wordt ook in ons lichaam geproduceerd, waar het lijkt te fungeren als signaalbemiddelaar: het stuurt berichten naar cellen en helpt bij het reguleren van processen in het cardiovasculaire, zenuw- en immuunstelsel. systemen.

Volgens de onderzoekers hebben recente studies echter gesuggereerd dat H₂S is mogelijk niet daadwerkelijk de signaalbemiddelaar. In plaats daarvan kunnen het polysulfiden zijn, die ontstaan ​​wanneer H₂S vermengt zich met enzymen en zuurstof in cellen, aldus de wetenschappers.

Onderzoekers hebben deze theorie niet kunnen bevestigen, zei Hasegawa, omdat polysulfideverbindingen inherent onstabiel zijn en gemakkelijk ontleden.

“Het huidige onderzoek is vrij beperkt omdat we als gemeenschap niet weten hoe sulfidesoorten werken”, zei Hasegawa, waarin hij uitlegde dat het onvermogen om een ​​gecontroleerde en langdurige afgifte van de verbindingen in biologische systemen te produceren de vooruitgang van de sulfidebiologie heeft belemmerd. onderzoek. “Als we fundamenteel onderzoek willen kunnen doen, is een leveringssysteem essentieel, en dat is wat we hier hebben ontwikkeld.”

De wetenschappers creëerden een nieuwe methode om de H₂S-oxidatiereactie in cellen door gebruik te maken van polymere micellen, dit zijn zelf-geassembleerde kern-schilstructuren van nanoformaat.

Deze kern-schilstructuren kunnen door cellen worden opgenomen en beschermen wat erin zit – in dit geval mangaanporfyrine, een metaalcomplex dat H kan omzetten₂S tot polysulfiden.

“We hebben deze nanostructuur gemaakt die werkt als een soort nanocapsule”, zei Hasegawa. “Deze nanocapsule kan het porfyrinecomplex beschermen tegen de cellulaire omgeving en stelt ons in staat de oxidatie van H te katalyseren₂S tegen polysulfidensoorten en om dit in een cel te doen.”

De wetenschappers testten de aanpak in endotheelcellen van menselijke navelstrengaders, een gebruikelijk modelsysteem dat gebruik maakt van de cellen langs de ader van de navelstreng. Ze ontdekten dat het behandelen van cellen met de combinatie van een H₂Het S-donormolecuul en de mangaan-porfyrine-polymere micellen induceerden de vorming van endotheliale celbuizen – of de capillairachtige structuren die de bloedvaten bekleden. Het toevoegen van de H₂S-donormolecuul alleen induceerde slechts zwakke buisvorming.

“Het is bekend dat endotheelcellen tijdens het angiogenese- of de vorming van nieuwe bloedvaten-proces transformeren van een veelhoekige naar een langwerpige vorm,” zei Hasegawa, erop wijzend dat de wetenschappelijke literatuur ook aangeeft dat angiogenese de proliferatie en migratie van endotheelcellen kan veroorzaken. “Cellen moeten zich uitlijnen en hervormen om de binnenste laag van het bloedvat te vormen die als een barrière fungeert om het bloed in het vat op te sluiten.”

De resultaten geven aan dat de conversie van H₂S tot polysulfiden is vereist voor het stimuleren van de vorming van endotheliale celbuisjes. Het toedienen van polysulfiden als behandeling zou gevolgen kunnen hebben voor de behandeling van wonden en het repareren van weefsels, aldus de wetenschappers.

“We zijn erg geïnteresseerd in weefselmanipulatie of weefselregeneratie”, zei Hasegawa. “Ons werk laat zien dat als we deze sulfidesoorten toepassen, het erop lijkt dat we angiogenese kunnen stimuleren.”

Hasegawa zei dat het team zijn onderzoek naar het begrijpen van de mechanismen voor de bioactiviteit van polysulfiden voortzet. Toekomstig werk zou ook het onderzoeken van therapeutische toepassingen voor de micellen kunnen omvatten.