Een snelle en betrouwbare manier om de hoeveelheid koolmonoxide in het lichaam te detecteren, zou artsen in staat kunnen stellen een diagnose te stellen van ziekten.

Koolmonoxide wordt normaal gesproken beschouwd in termen van de hoeveelheid schade die het ons kan toebrengen, maar een team van wetenschappers van het Imperial College London en de Polytechnische Universiteit van Valencia heeft gekeken naar de andere biologische rollen die het kan spelen.

Koolmonoxide wordt eigenlijk in kleine hoeveelheden in ons lichaam geproduceerd, en is van vitaal belang in een aantal biologische processen, vaak fungerend als een boodschappermolecuul. Met bewijs dat de betrokkenheid van koolmonoxide suggereert bij het oplossen van ontstekingen en mogelijk het verlichten van cardiovasculaire aandoeningen, het is een groeiend interessegebied voor veel wetenschappers.

Een opwindende mogelijkheid is het therapeutisch gebruik van koolmonoxide om ziekten te behandelen, maar dit, en andere aanverwante gebieden, worden momenteel beperkt door de mogelijkheid om de productie van koolmonoxide in realtime nauwkeurig te volgen.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe technologie, bedacht door Imperial en Valencia wetenschappers en gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , heeft het potentieel om zowel effectief als snel het koolmonoxidegehalte in het lichaam te meten.

Nieuwe manier om koolmonoxide te detecteren

aanvankelijk, de groep bij Imperial werkte aan de ontwikkeling van kleurveranderende strips die de koolmonoxideniveaus in de lucht om ons heen konden aangeven en tegelijkertijd interferentie van stoom of rook konden vermijden. Na de publicatie van dit onderzoek, ze gingen aan de slag met hun collega's uit Valencia, die geïnteresseerd waren in de mogelijke biologische toepassingen van de technologie.

Om een ​​techniek te ontwikkelen om koolmonoxide in het lichaam waar te nemen, doctoraat studenten Anita Toscani en Jonathan Robson moesten manieren vinden om veel kleinere concentraties te detecteren, van het detecteren van koolmonoxide in delen per miljoen naar delen per miljard.

Een extra uitdaging was om dit te bereiken en tegelijkertijd ongewenste interacties met de vele andere aanwezige stoffen te vermijden. De teamleider van de afdeling Scheikunde van Imperial, Dr. James Wilton-Ely, legde uit dat:"De twee uitdagingen zijn gevoeligheid en selectiviteit, en we denken dat we beide vakjes hebben aangevinkt."

Gloeiende signalen

Koolmonoxidevergiftiging treedt op wanneer het zich bindt aan het ijzer in de hemoglobine van ons bloed, verhindert het vermogen om zuurstof van de longen naar de rest van het lichaam te transporteren. In een interessante wending, juist deze affiniteit voor bepaalde metalen maakt de nieuwe techniek zo succesvol. Het gebruikt ruthenium (een metaal in dezelfde groep van het periodiek systeem als ijzer) waaraan zorgvuldig ontworpen organische moleculen (liganden) zijn bevestigd.

Een van deze liganden is ontworpen om te kunnen gloeien, of fluoresceren, wanneer licht van de juiste golflengte wordt gebruikt, maar zijn "uitgeschakeld" wanneer ze aan het rutheniummetaal zijn bevestigd. Als er koolmonoxide aanwezig is, het bindt aan het ruthenium, het losmaken van het ligand. Dit zorgt ervoor dat de ligand "inschakelt" en begint te fluoresceren onder diep doordringend rood licht, onder een microscoop zichtbaar worden.

De onderzoekers konden de techniek testen met monstercellen van muizen, en ontdekten dat ze snel in staat waren om het koolmonoxide te detecteren dat werd geproduceerd als reactie wanneer ontsteking werd veroorzaakt bij de muizen. Met behulp van beeldanalyse, ze konden dan de hoeveelheid koolmonoxide kwantificeren die aanwezig is uit de geproduceerde fluorescentie.

Deze technologie heeft een groot potentieel voor toekomstige toepassingen in de medische diagnostiek, maar het illustreert ook de verschillende manieren waarop we moeten denken over chemicaliën zoals koolmonoxide. Zoals Dr. Wilton-Ely opmerkte:"Dit biedt een heel mooi inzicht in de wereld om ons heen - zoveel dingen hebben meerdere rollen en reputaties, en dit voegt een rijkdom toe aan de wereld van de wetenschap die moet worden omarmd."