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Cientistas do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia obtiveram informações valiosas sobre a produção de nitróxido, uma molécula com aplicações potenciais no campo biomédico. Embora o óxido nítrico (NO) esteja há muito tempo no radar dos investigadores devido aos seus efeitos fisiológicos significativos, o seu primo menos conhecido, o nitróxido (HNO), permaneceu em grande parte inexplorado.
O estudo, publicado recentemente no Jornal da Sociedade Química Americananasceu de um esforço conjunto entre equipes do laser de raios X Linac Coherent Light Source (LCLS) do SLAC e Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).
O nitróxido tem muitos dos mesmos efeitos fisiológicos do óxido nítrico – como a sua capacidade de combater germes, prevenir coágulos sanguíneos e relaxar e dilatar os vasos sanguíneos – com propriedades terapêuticas adicionais, como a eficácia no tratamento da insuficiência cardíaca, bem como mais potente atividade antioxidante e cicatrização de feridas. No entanto, não é uma espécie quimicamente de vida longa, portanto os métodos que permitem a sua entrega direcionada são fundamentais para futuras aplicações biomédicas.
Para enfrentar este desafio, a equipe se concentrou em uma molécula única, um complexo ferro-nitrosila (Fe-NO). Sua pesquisa teve como objetivo compreender as intrincadas propriedades da ligação Fe-NO, antes e depois da exposição à luz, para navegar pelas complexidades da produção de nitróxido. Eles descobriram que, ao expor essa molécula à luz óptica, poderiam quebrar sua ligação, produzindo potencialmente nitróxido.
“Embora esta pesquisa seja fundamental por natureza, a esperança é que outros pesquisadores possam pegar o que aprendemos com esta molécula e construir tecnologias terapêuticas a partir dela, otimizando moléculas semelhantes para a medicina”, disse o cientista e colaborador do SLAC Leland Gee. “A ideia seria conseguir uma molécula que libere HNO no corpo onde é necessário e incidir luz sobre ela para liberá-lo para obter propriedades terapêuticas”.
Um dos desafios que a equipe enfrentou foi a distribuição ambígua de elétrons entre o átomo de ferro e o ligante nitrosila – uma molécula ou íon que se liga a um átomo ou íon metálico central – no complexo Fe-NO, o que limita a quantidade de informação podem ser obtidos usando métodos tradicionais. Os cientistas empregaram técnicas avançadas de espectroscopia de raios X no SSRL que lhes permitiram examinar mais profundamente as propriedades químicas da molécula e sua ligação, fornecendo uma imagem mais completa do sistema Fe-NO e como ele responde à luz.
Para acompanhar, os cientistas planejam explorar ainda mais as complexidades do processo de quebra de ligações e como otimizar a produção de nitróxido ou óxido nítrico. Eles também consideram substituir o ferro por outros metais para entender melhor o processo de fotoprodução.
“Nesta pesquisa, entendemos a molécula inicial e seus produtos finais depois de incidir luz sobre ela”, disse Gee. “Ainda existem muitas nuances na quebra real da ligação e na liberação de nitróxido desta molécula que precisam ser exploradas. Qual etapa do processo decide a liberação de nitróxido em vez de óxido nítrico? Como podemos ajustar estruturalmente o sistema para produzir qualquer molécula?”
Este trabalho ajuda a compreender quais propriedades monitorar em experimentos futuros no LCLS, onde os cientistas poderão tirar fotos em tempo real do processo de fotogeração de nitróxido.
“A informação que obtivemos destaca o poder desta abordagem e serve como um modelo para estudos futuros sobre estas e moléculas semelhantes no futuro, que se estenderão aos estudos no LCLS”, disse Gee.
A pesquisa é promissora para a comunidade médica e para os pacientes que podem se beneficiar de suas aplicações futuras.
“Embora ainda estejamos longe de utilizar a luz nestas moléculas para tratar doenças cardiovasculares graves, os conhecimentos fundamentais nestas moléculas estabelecem bases substanciais para a investigação aplicada no futuro”, disse Gee. “Isso pode levar a formas inteiramente novas de usar a luz para tratar doenças cardiovasculares, infecções microbianas, câncer e outras condições de saúde”.
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