研究人员在SLAC的斯坦福同步辐射光源(SSRL)采用了先进的x射线光谱技术，这使他们能够更深入地了解氮氧化物的化学性质。图片来源:Greg Stewart/SLAC国家加速器实验室

SLAC的研究人员正在开发一种新的光激活方法来生产分子氮氧化物，这为未来的生物医学应用打开了大门。

揭示氮氧化物的潜力

美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们已经获得了生产氮氧化物的宝贵见解，这种分子在生物医学领域具有潜在的应用前景。虽然一氧化氮(NO)因其显著的生理作用而长期受到研究人员的关注，但其鲜为人知的表亲氮氧化物(HNO)在很大程度上仍未被探索。

研究合作及成果

这项研究最近发表在《美国化学学会杂志》上，是SLAC直线加速器相干光源(LCLS) x射线激光器和斯坦福同步辐射光源(SSRL)团队共同努力的结果。

氮氧化物具有许多与一氧化氮相同的生理作用——比如对抗细菌、防止血栓、放松和扩张血管的能力——还有额外的治疗特性，比如治疗心力衰竭的功效，以及更有效的抗氧化活性和伤口愈合。然而，它不是一种化学上长寿的物种，因此能够靶向递送的方法是未来生物医学应用的关键。

挑战与进一步探索

为了应对这一挑战，该团队专注于一种独特的分子，一种铁-亚硝基复合物(Fe-NO)。他们的研究旨在了解Fe-NO键在光照前后的复杂性质，以驾驭氮氧化物产生的复杂性。他们发现，通过将这种分子暴露在光学光线下，他们可以打破它的键，从而可能产生氮氧化物。

SLAC的科学家和合作者Leland Gee说:“虽然这项研究本质上是基础性的，但我们希望其他研究人员可以从这个分子中学到东西，并通过优化类似的药物分子来建立治疗技术。”“我们的想法是找到一种分子，在体内需要的地方释放HNO，然后用光照射它，释放它，以获得治疗效果。”

该团队面临的挑战之一是铁原子和亚硝基配体(一种与中心金属原子或离子结合的分子或离子)之间电子的模糊分布，这限制了使用传统方法可以获得的信息量。科学家们在SSRL采用了先进的x射线光谱学技术，使他们能够更深入地了解分子及其键的化学性质，从而更全面地了解Fe-NO系统及其对光的反应。

接下来，科学家们计划进一步探索断裂过程的复杂性，以及如何优化氮氧化物或一氧化氮的生产。他们还在考虑用其他金属代替铁，以更好地了解光生产过程。

Gee说:“在这项研究中，我们了解了初始分子和光照后的最终产物。”“在实际的键断裂和这个分子释放氮氧化物的过程中，还有很多细微差别需要探索。这个过程的哪一步决定了氮氧化物而不是一氧化氮的释放?我们如何从结构上调整系统以产生任何一种分子?”

影响及未来方向

这项工作有助于了解在LCLS的未来实验中需要监测哪些特性，在那里科学家将能够实时拍摄氮氧化物光生成过程的快照。

Gee说:“我们获得的信息突出了这种方法的力量，并为未来对这些和类似分子的研究提供了蓝图，这些研究将扩展到LCLS的研究。”

这项研究为医学界和患者带来了希望，他们可能会从未来的应用中受益。

Gee说:“虽然我们距离利用这些分子上的光来治疗严重的心血管疾病还有很长的路要走，但这些分子的基本见解为未来的应用研究奠定了坚实的基础。”“这可能会带来利用光治疗心血管疾病、微生物感染、癌症和其他健康问题的全新方法。”

参考文献:“用联合x射线光谱方法揭示hno -进化{FeNO}6配合物中的金属-配体键”，由Leland B. Gee, Jinkyu Lim, Thomas Kroll, Dimosthenis Sokaras, Roberto Alonso-Mori和Chien-Ming Lee, 2023年8月23日，美国化学学会杂志。DOI: 10.1021 / jacs.3c04479

SSRL和LCLS是美国能源部科学办公室的用户设施。这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。SSRL的结构分子生物学资源由美国国立卫生研究院和美国能源部科学办公室资助。