Carbon Monoxide Inhibition of Mitochondrial Function and Efficacy of a Novel Antidotal Therapeutic for Carbon Monoxide Poisoning

一氧化碳对线粒体功能的抑制以及新型一氧化碳中毒解毒疗法的功效

基本信息

  • 批准号:
    9121057
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-04-01 至 2017-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Carbon monoxide (CO) exposure is the leading cause of human poisoning in the United States, with 50,000 cases every year. Current therapy, normobaric or hyperbaric oxygen, has limited effectiveness and is difficult to deliver. There is currently no antidotal therapy. Our understanding of the toxic effects of CO is two-fold: CO directly binds to hemoglobin reducing oxygen carrying capacity of the blood, and CO directly binds to a heme in cytochrome c oxidase, inhibiting mitochondrial respiration. The major sequelae of CO poisoning - cardiovascular dysfunction and acute and long term neurologic deficits - are dependent on impaired mitochondrial function. Our lab has developed an agent, recombinant human neuroglobin (rNgb), with a very high affinity for CO, which has the potential to reduce the toxic effects of CO poisoning. We, therefore, propose the hypothesis that treatment with rNgb reverses the toxic effects of CO poisoning on mitochondrial function. To test the hypothesis, we will first conduct in vitro studies using a Clark-like electrode to further characterize the toxic effects of CO on isolated mitochondria and heart tissue respiration and demonstrate that rNgb can reverse the toxic effects of CO on mitochondrial respiration. Second, in an in vivo CO poisoning model, we will show that treatment with rNgb can reverse pathologic changes as assessed by functional MRI changes (fractional anisotropy) and blood levels of lactate and glucose. These results will provide pre-clinical proof of concept for rNgb to act as a potential therapeutic agent in CO poisoning. In parallel, through the NIH SMARTT program we are conducting pharmacology and toxicology testing and scaling up drug manufacturing capabilities. The NRSA award will allow me, a pulmonary and critical care trained fellow, a unique opportunity to leverage the existing research and development infrastructure of my mentor, Dr. Mark Gladwin, to gain advanced training in animal models of disease, mitochondrial biology, and pathophysiologic outcomes. In addition, I am pursuing an MBA in the entrepreneurial track at the Tepper School of Business at Carnegie Mellon University, which will provide extensive training in finance, statistical modeling, and critical tools for bringing a potential therapeutic drug from bench to bedside. The resources and experience of my mentor Dr Gladwin, an expert in NO and globin biochemistry, as well as the translational development of drugs from the laboratory to the clinic, and my co- mentor Dr Shiva, an expert in mitochondrial biology, combined with the expansive array of resources available at the University of Pittsburgh, will allow me develop new translational research skills with a specific focus on development of novel therapeutic strategies.
 描述(由申请人提供): 在美国,一氧化碳 (CO) 暴露是导致人类中毒的主要原因,目前的常压或高压氧疗法效果有限且难以实施。目前尚无解毒疗法,我们对 CO 毒性作用的理解有两个:CO 直接与血红蛋白结合,降低血液的携氧能力;CO 直接与血红素结合。细胞色素 C 氧化酶,抑制线粒体呼吸 一氧化碳中毒的主要后遗症——心血管功能障碍和急性和长期神经功能缺损——依赖于线粒体功能受损。因此,我们提出用 rNgb 治疗可逆转 CO 中毒对线粒体功能的毒性作用的假设。根据假设,我们将首先使用克拉克样电极进行体外研究,以进一步表征 CO 对分离的线粒体和心脏组织呼吸的毒性作用,并证明 rNgb 可以逆转 CO 对线粒体呼吸的毒性作用。在体内 CO 中毒模型中,我们将证明 rNgb 治疗可以逆转通过功能 MRI 变化(分数各向异性)和血液乳酸和葡萄糖水平评估的病理变化。这些结果将为临床前概念提供证明。 rNgb 可以作为 CO 中毒的潜在治疗剂,同时,通过 NIH SMARTT 计划,我们正在进行药理学和毒理学测试,并扩大药物生产能力。这是利用我的导师 Mark Gladwin 博士现有的研究和开发基础设施的独特机会,以获得疾病动物模型、线粒体生物学和病理生理结果方面的高级培训。此外,我正在攻读 MBA 学位。卡内基梅隆大学泰珀商学院将提供金融、统计建模和关键工具方面的广泛培训,以将潜在的治疗药物从实验室推向临床。我的导师格拉德温博士是一氧化氮和球蛋白方面的专家,他的资源和经验。生物化学,以及药物从实验室到临床的转化开发,我的合作导师 Shiva 博士(线粒体生物学专家),结合匹兹堡大学提供的广泛资源,将使我能够开发新的转化研究技能特别关注新治疗策略的开发。

项目成果

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