يقوم باحثو SLAC بتطوير طريقة جديدة يتم تنشيطها بالضوء لإنتاج جزيئات النيترووكسيد، مما يفتح الباب أمام التطبيقات الطبية الحيوية المستقبلية. اكتسب العلماء في مختبر التسريع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة الأمريكية رؤى قيمة حول إنتاج أكسيد النيتريك، وهو جزيء له تطبيقات محتملة في الطب الحيوي.
استخدم الباحثون تقنيات التحليل الطيفي للأشعة السينية المتقدمة في SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) للتعمق أكثر في الخواص الكيميائية للنيتروكسيد. المصدر: جريج ستيوارت/مختبر المسرع الوطني SLAC
في حين أن أكسيد النيتريك (NO) جذب انتباه الباحثين منذ فترة طويلة بسبب آثاره الفسيولوجية الكبيرة، إلا أن ابن عمه الأقل شهرة، الهيبونيتريت (HNO)، لا يزال غير مستكشف إلى حد كبير.
البحث الذي نُشر مؤخرًا في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، هو نتيجة جهد مشترك بين فرق في ليزر الأشعة السينية بمصدر الضوء الخطي المتماسك (LCLS) التابع لـ SLAC ومصدر ضوء الإشعاع السنكروتروني في ستانفورد (SSRL).
يتمتع حمض النيتريك بالعديد من التأثيرات الفسيولوجية نفسها مثل أكسيد النيتريك، مثل مكافحة الجراثيم، ومنع جلطات الدم، واسترخاء الأوعية الدموية وتوسيعها، وما إلى ذلك، في حين أن له أيضًا خصائص علاجية إضافية، مثل الفعالية في علاج قصور القلب، بالإضافة إلى نشاط أقوى مضاد للأكسدة وقدرات شفاء الجروح. ومع ذلك، فهي ليست مادة طويلة العمر كيميائيًا، لذا فإن الطرق التي يمكنها توصيلها بشكل مباشر هي المفتاح للتطبيقات الطبية الحيوية المستقبلية.
ولمواجهة هذا التحدي، ركز فريق البحث على جزيء فريد من نوعه، وهو مركب الحديد والنيتروسو (Fe-NO). يهدف بحثهم إلى فهم الطبيعة المعقدة لرابطة Fe-NO قبل وبعد تشعيع الضوء لفهم مدى تعقيد توليد النتروزيل. ووجدوا أن تعريض الجزيء للضوء البصري يمكن أن يكسر روابطه، مما قد يؤدي إلى إنتاج أكسيدات النيتروسيد.
قال العالم والمتعاون مع SLAC ليلاند جي: "على الرغم من أن هذا البحث أساسي، إلا أننا نأمل أن يتمكن الباحثون الآخرون من استخدام ما تعلمناه من هذا الجزيء لبناء تقنيات علاجية من خلال تحسين الجزيئات الصيدلانية المماثلة". "الفكرة هي الحصول على جزيء يطلق HNO حيث يحتاجه الجسم وتعريضه للإشعاع حتى يطلق خصائصه العلاجية."
كان أحد التحديات التي واجهها فريق البحث هو التوزيع غير الواضح للإلكترونات بين ذرات الحديد ومركب النيتروزو (جزيء أو أيون يرتبط بذرة أو أيون المعدن المركزي) في مركب الحديد-NO، مما حد من كمية المعلومات التي يمكن الحصول عليها باستخدام الطرق التقليدية. استخدم العلماء تقنيات التحليل الطيفي للأشعة السينية المتقدمة في SSRL، مما سمح لهم بالتعمق في كيمياء الجزيئات وروابطها، مما أدى إلى فهم أكثر اكتمالًا لنظام Fe-NO واستجابته للضوء.
وفي أعمال المتابعة، يخطط العلماء لمواصلة استكشاف مدى تعقيد عملية كسر الروابط وكيفية تحسين إنتاج أكسيد النترات أو أكسيد النيتريك. ويفكرون أيضًا في استبدال الحديد بمعادن أخرى لفهم عملية التوليد الضوئي بشكل أفضل.
وقال جي: "في هذه الدراسة، نفهم الجزيئات الأولية ومنتجاتها النهائية بعد الإضاءة". "لا يزال هناك العديد من الفروق الدقيقة التي يجب استكشافها في عملية كسر الرابطة فعليًا وإطلاق النيتروكسيد من الجزيء. ما هي الخطوة في العملية التي تحدد إطلاق أكسيد النيتريك؟ كيف يمكننا تصميم النظام هيكليًا لإنتاج أي من الجزيئين؟"
يساعد هذا العمل على فهم الخصائص التي يجب مراقبتها في التجارب المستقبلية في LCLS، حيث سيتمكن العلماء من التقاط لقطات لعملية توليد الضوء بأكسيد النيتريك في الوقت الفعلي.
وقال جي: "المعلومات التي حصلنا عليها تسلط الضوء على قوة هذا النهج وتوفر مخططًا للدراسات المستقبلية لهذه الجزيئات والجزيئات المماثلة في LCLS".
ويثير هذا البحث الأمل للمجتمع الطبي والمرضى، الذين قد يستفيدون من التطبيقات المستقبلية.
وقال جي: "في حين أننا لا نزال بعيدين عن تسخير ضوء هذه الجزيئات لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية الشديدة، فإن الفهم الأساسي لهذه الجزيئات يوفر أساسًا متينًا للأبحاث التطبيقية المستقبلية". "وهذا يمكن أن يؤدي إلى طرق جديدة تماما لاستخدام الضوء لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية، والالتهابات الميكروبية، والسرطان وغيرها من المشاكل الصحية."