Современные методы измерения оксида азота (NO) 

Оксид азота (NO) является важной сигнальной молекулой в биологических системах и, как полагают, он участвует в развитии многочисленных заболеваний. Вследствие высокой скорости реакции NO, определение концентрации NO, не говоря уже о наличии или отсутствии этой молекулы, является чрезвычайно сложной задачей. Исследователи разработали множество анализов и зондов в попытке количественно определить NO в биологических растворах, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Оксид азота (NO) — это молекула, которая в последнее время вызывает повышенный интерес из-за своей огромной роли в здоровье и биологии человека. Почти 35 лет назад NO был идентифицирован как эндотелиальный релаксирующий фактор, и это открытие принесло Роберту Ф. Фурчготту, Фериду Мураду и Луису Дж. Игнарро Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 1998 году. Однако за последние 20 лет было доказано, что NO также играет важную роль во множестве физиологических систем, включая центральную нервную систему (ЦНС), сердечно-сосудистую систему, желудочно-кишечный тракт, иммунную систему и почечную систему.

Реактивность NO, одна из особенностей, которая делает его такой эффективной сигнальной молекулой, также делает его чрезвычайно трудным для количественного определения. Период полураспада NO в значительной степени зависит от микросреды, в которую он попадает. Среда с низким содержанием доступных биореактивных молекул значительно увеличивает период полураспада NO.

Рисунок 1. Оксид азота (NO) обладает очень высокой скоростью реакции. Показаны некоторые пути образования и распада NO.

Прежде чем значение NO в биологических системах будет полностью понято, необходимо разработать надежный датчик для обнаружения и количественного определения NO. В настоящее время на рынке представлено множество датчиков или они разрабатываются в исследовательских лабораториях, и все они имеют свои преимущества и недостатки.

Основные методы обнаружения NO в биологических образцах представлены в следующей таблице.

Метод обнаружения	Чувствительность	Обнаруживаемая молекула	Скорость обнаружения	Масштаб	In Vivo, In Vitro, Оба	Сильные стороны	Недостатки
Анализ Грисса	1.0 мкM	NО2	Конечная точка	Система	In Vitro	Доступность, NO2 стабилен и обеспечивает оценку NO в системе	Не обнаруживает NO напрямую, непоследовательные результаты от системы к системе
Анализ активности NOS	5,0 µU	L-цитруллин	Конечная точка	Система	In Vitro	Доступность, L-цитруллин стабилен и оценивает NO, генерируемый NOS	Не определяет NO напрямую, естественные источники L-аргинина будут мешать показаниям
Электро-химический зонд	1,0 нМ	NO	В режиме реального времени	Система	Оба	Доступность, обнаружение в реальном времени, высокая чувствительность	Обнаруживает на системном уровне, не может обнаружить на длительном временном интервале
Хемилюминесцентные зонды	50 пМ	NO	Конечная точка	Система	In Vitro	Высокая чувствительность к NO	Обнаруживается на системном уровне, не может быть обнаружен в естественных условиях
о-диаминоаро-ма-тические соединения	5,0 мкМ	NO	В режиме реального времени	Одна клетка	In Vitro	Обнаружение NO в режиме реального времени на клеточном уровне	Ограниченная водная растворимость, ложноположительные результаты с DHA и AA
Люминесцентные комплексы лантанидов	0,5 мкМ	NO, N-нитрозирование	В режиме реального времени	Одна клетка	Оба	Обнаружение в режиме реального времени на клеточном уровне	Не обнаруживает NO напрямую
Комплексы переходных металлов	4,0 мкМ	NO	В режиме реального времени	Система	In Vitro	Чувствительность, обнаружение NO в режиме реального времени	Ограниченная водная растворимость
Квантовые точки	3,3 мкМ	NO	В режиме реального времени	Одна клетка	Оба	Обнаружение NO в режиме реального времени на клеточном уровне	Необратимо изменяется под воздействием NO
Углеродные нанотрубки	1,0 мкМ	NO	В режиме реального времени	Одна клетка	Оба	Обнаружение NO в режиме реального времени на клеточном уровне	Отключение считывания NO
Генетические биосенсоры	50-94 мкМ	NO	В режиме реального времени	Одна клетка	In Vitro	Обнаружение NO в режиме реального времени на клеточном уровне	Эмиссия флуоресценции не обнаруживается через ткань

Выводы

Оксид азота является важным реактивным видом в биологических системах. По мере того, как исследователи смогут понять множество сложных реакций, связанных с NO, будет раскрыто более глубокое понимание здоровых и больных клеток, тканей и организмов. Прежде чем исследователи смогут понять роль NO в биологических функциях, необходимо найти способ точного измерения NO как in vitro, так и in vivo. Современные сенсорные методы, многие из которых приведены в таблице выше, значительно усовершенствованы по сравнению с теми, что были созданы всего 10 или 20 лет назад, и мы надеемся, что в ближайшие годы будет достигнут дальнейший прогресс.

Статья подготовлена по материалам работы: Nicole M. Iverson *, Eric M. Hofferber and Joseph A. Stapleton "Nitric Oxide Sensors for Biological Applications", Chemosensors 2018, 6(1), 8.