UNIVERSITY PARK, Pennsylvanie — Les composés à base de soufre produits dans notre corps aident à combattre l’inflammation et à créer de nouveaux vaisseaux sanguins, entre autres responsabilités, mais ces composés sont délicats et se décomposent facilement, ce qui les rend difficiles à étudier. Une équipe dirigée par des scientifiques de Penn State a développé une nouvelle méthode pour générer des composés – appelés polysulfures – à l’intérieur des cellules, et ces travaux pourraient potentiellement conduire à des progrès dans le traitement des plaies et la réparation des tissus.
Les chercheurs ont rapporté leurs travaux dans la revue Matériaux de santé avancés.
“Les chercheurs ont déjà eu du mal à fournir des espèces soufrées appropriées aux systèmes biologiques, et nous avons développé une nouvelle approche qui peut y parvenir”, a déclaré Urara Hasegawa, professeur adjoint de science et d’ingénierie des matériaux à Penn State et auteur correspondant de l’étude. “Nos travaux offrent une option prometteuse pour la délivrance contrôlée de polysulfures pour des applications thérapeutiques.”
Le sulfure d’hydrogène (H2S), le gaz responsable de l’odeur d’œuf pourri dans le gaz naturel et les égouts, est également produit dans notre corps, où il semble agir comme un médiateur de signal – envoyant des messages aux cellules et aidant à réguler les processus cardiovasculaires. systèmes nerveux et immunitaire. Cependant, selon les chercheurs, des études récentes suggèrent que le H2S pourrait ne pas être réellement le médiateur du signal. Au lieu de cela, il pourrait s’agir de polysulfures, créés lorsque le H2S se mélange aux enzymes et à l’oxygène dans les cellules, ont indiqué les scientifiques.
Les chercheurs n’ont pas pu confirmer cette théorie, a expliqué Hasegawa, car les composés polysulfures sont intrinsèquement instables et se décomposent facilement.
“La recherche actuelle est assez limitée car nous, en tant que communauté, ne savons pas comment fonctionnent les espèces sulfurées”, a déclaré Hasegawa, expliquant que l’incapacité de produire une libération contrôlée et soutenue des composés dans les systèmes biologiques a entravé l’avancement de la biologie des sulfures. recherche. « Si nous voulons pouvoir faire de la recherche fondamentale, un système de livraison est essentiel, et c’est ce que nous avons développé ici. »
Les scientifiques ont créé une nouvelle méthode pour induire la réaction d’oxydation du H2S à l’intérieur des cellules en utilisant des micelles polymères, qui sont des structures noyau-coquille auto-assemblées de taille nanométrique.
Ces structures noyau-coquille peuvent être absorbées par les cellules et protéger ce qu’elles contiennent – dans ce cas, la porphyrine de manganèse, un complexe métallique qui peut convertir le H2S en polysulfures.
“Nous avons créé cette nanostructure qui fonctionne comme une sorte de nano-capsule”, a déclaré Hasegawa. “Cette nano-capsule peut protéger le complexe de porphyrine de l’environnement cellulaire et nous permet de catalyser l’oxydation du H2S en espèces polysulfures et de le faire à l’intérieur d’une cellule.”
Les scientifiques ont testé cette approche sur des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine, un système modèle courant utilisant les cellules tapissant la veine du cordon ombilical. Ils ont découvert que le traitement des cellules avec la combinaison d’une molécule donneuse de H2S et de micelles polymères de porphyrine de manganèse induisait la formation de tubes cellulaires endothéliaux – ou de structures de type capillaire qui tapissent les vaisseaux sanguins. L’ajout de la molécule donneuse H2S seule n’a induit qu’une faible formation de tubes.
“Dans le processus d’angiogenèse – ou de formation de nouveaux vaisseaux sanguins -, les cellules endothéliales sont connues pour passer d’une forme polygonale à une forme allongée”, a déclaré Hasegawa, notant que la littérature scientifique indique également que l’angiogenèse peut induire la prolifération et la migration des cellules endothéliales. “Les cellules doivent s’aligner et se remodeler pour former la couche la plus interne du vaisseau sanguin qui agit comme une barrière pour confiner le sang dans le vaisseau.”
Les résultats indiquent que la conversion du H2S en polysulfures est nécessaire pour stimuler la formation des tubes cellulaires endothéliaux. L’administration de polysulfures comme traitement pourrait avoir des implications dans le traitement des plaies et la réparation des tissus, ont indiqué les scientifiques.
“Nous sommes très intéressés par l’ingénierie tissulaire ou la régénération tissulaire”, a déclaré Hasegawa. “Nos travaux montrent que si nous appliquons ces espèces de sulfures, il semble que nous puissions stimuler l’angiogenèse.”
Hasegawa a déclaré que l’équipe poursuit ses recherches pour comprendre les mécanismes de la bioactivité des polysulfures. Les travaux futurs pourraient également impliquer l’exploration des applications thérapeutiques des micelles.
Kemper Young, qui a mené la recherche alors qu’il était assistant de recherche de premier cycle, a également contribué à Penn State ; Setsuko Yamane, ancienne chercheuse invitée à Penn State et professeure agrégée à l’Institut national de technologie Numazu College au Japon ; et Elmira Abbasi GharehTapeh, doctorante au Département de science et d’ingénierie des matériaux. Shingo Kasamatsu, professeur adjoint, et Hideshi Ihara, professeur à l’Université métropolitaine d’Osaka au Japon, ont également contribué.
La National Science Foundation des États-Unis a soutenu ce travail.
2024-05-17 23:27:22
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