PHOTOCONTROLLED RELEASE OF NICOTINE FROM RU(BPY)2NIC2 AND ITS EFFECT ON RAT TRACHEAL SMOOTH MUSCLE CONTRACTION

Authors

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728.2748.2025.102.34-40

Keywords:

caged compounds, Ru(bpy)2Nic2 complexes, nicotine, tracheal smooth muscle, tensometric measurements

Abstract

Background. Ru(bpy)₂Nic₂, a bipyridine ruthenium complex, is a light-sensitive compound capable of releasing nicotine upon irradiation with visible light (420–470 nm). Given its high quantum yield (φs = 0.23), it offers precise control over nicotine release, making it a valuable tool for investigating nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) activation in biomedical research.
Methods. High-performance liquid chromatography (HPLC) and tensometric analysis of rat tracheal smooth muscle contractions were used in this study.
Results. Experimental findings demonstrated that Ru(bpy)₂Nic₂ induces a phasic-tonic contraction pattern in rat tracheal smooth muscle. The phasic phase is initiated by nicotine, while photolysis by-products activate P2X and P2Y purinergic receptors and stimulate prostaglandin release from the tracheal epithelium, thereby contributing to the sustained tonic component of contraction.
Conclusions. Overall, Ru(bpy)₂Nic₂ provides an efficient and controllable nicotine source for biomedical research, with high photolysis efficiency and the ability to generate biologically relevant nicotine concentrations using accessible light sources.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biography

  • Danylo KRAVCHUK, Taras Bogomoletz Institute of Physiology, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine

    На 3–4 курсах навчання у Фізико-технічному інституті КПІ ім. Ігоря Сікорського я вивчав властивості та функції нейронів верхнього шийного ганглію на базі відділу фізіології нейронних мереж Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця.

    Під час навчання в магістратурі Київського академічного університету, на базі лабораторії відділу нервово-м’язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця, я займався розробкою комплексу для дистанційного вивільнення фармакологічних агентів із їх фоточутливих неактивних форм під дією рентгенівського опромінення. Як модель використовували наночастинки LaF₃:Tb³⁺, що переопромінюють рентгенівське випромінювання у видиме світло, яке, своєю чергою, індукує фотовивільнення нікотину з RuBi-нікотину та активацію нікотинових ацетилхолінових рецепторів (nAChR) у клітинах A549 і PC-12. Розробка подібної методології є перспективною для неінвазивного таргетного фармакологічного втручання.

    Під час аспірантури в Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця у відділі нервово-м’язової фізіології я продовжував вдосконалення цієї методології, зокрема із застосуванням тесту на проліферацію клітин і методу patch-clamp.

    Наразі я досі займаюсь цією тематикою

References

Borkar, N. A., Roos, B., Prakash, Y. S., Sathish, V., & Pabelick, C. M. (2021). Nicotinic α7 acetylcholine receptor (α7nAChR) in human airway smooth muscle. Archives of Biochemistry and Biophysics, 706. https://doi.org/10.1016/j.abb.2021.108897

Bucheimer, R. E., & Linden, J. (2004). Purinergic regulation of epithelial transport. In Journal of Physiology (Vol. 555, Issue 2, pp. 311–321). https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.056697

Ellis-Davies, & Graham, C. R. (2007). Caged compounds: Photorelease technology for control of cellular chemistry and physiology. Nature Methods, 4(8), 619–628. https://doi.org/10.1038/nmeth1072

Filevich, O., Salierno, M., & Etchenique, R. (2010). A caged nicotine with nanosecond range kinetics and visible light sensitivity. Journal of Inorganic Biochemistry, 104(12), 1248–1251. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2010.08.003

Khalfaoui, L., Mukhtasimova, N., Kelley, B., Wells, N., Teske, J. J., Roos, B. B., Borkar, N. A., Zhang, E. Y., Sine, S. M., Prakash, Y. S., & Pabelick, C. M. (2023). Functional a7 nicotinic receptors in human airway smooth muscle increase intracellular calcium concentration and contractility in asthmatics. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology, 325(1), L17–L29. https://doi.org/10.1152/ajplung.00260.2022

Kravchuk, D. I., Sotkis, G. V., Shcherbatiuk, M. M., Kravchuk, R. M., Nazarenko, V. G., Gorbyk, P. P., & Shuba, Y. M. (2023). Induction of A549 Nonsmall-Cell Lung Cancer Cells Proliferation by Photoreleased Nicotine. Photochemistry and Photobiology, 99(1), 78–82. https://doi.org/10.1111/php.13652

Meade, E. A., Smith, W. L., & DeWitt, D. L. (1993). Differential inhibition of prostaglandin endoperoxide synthase (cyclooxygenase) isozymes by aspirin and other non-steroidal anti-inflammatory drugs. Journal of Biological Chemistry, 268(9), 6610–6614. https://doi.org/10.1016/s0021-9258(18)53294-4

Satchell, D. (1984). Purine receptors: classification and properties. Trends in Pharmacological Sciences, 5, 340–343. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0165-6147(84)90464-4

Tambwekar, K. R., Kakariya, R. B., & Garg, S. (2003). A validated high performance liquid chromatographic method for analysis of nicotine in pure form and from formulations. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 32(3), 441–450. https://doi.org/10.1016/S0731-7085(03)00236-X

Xu, Y., & Cardell, L. O. (2014). Nicotine impairs cyclooxygenase-2-dependent kinin-receptor-mediated murine airway relaxations. Toxicology and Applied Pharmacology, 275(1), 12–21. https://doi.org/10.1016/j.taap.2013.12.013

Zayat, L., Filevich, O., Baraldo, L. M., & Etchenique, R. (2013). Ruthenium polypyridyl phototriggers: From beginnings to perspectives. In Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (Vol. 371, Issue 1995). Royal Society. https://doi.org/10.1098/rsta.2012.0330

Published

2025-10-09

How to Cite

KRAVCHUK, D., & SHCHEHLOV, O. (2025). PHOTOCONTROLLED RELEASE OF NICOTINE FROM RU(BPY)2NIC2 AND ITS EFFECT ON RAT TRACHEAL SMOOTH MUSCLE CONTRACTION. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Biology, 102(3), 34-40. https://doi.org/10.17721/1728.2748.2025.102.34-40