Dominika Krzysztofik, Monika Marcinkowska, Marcin Kołaczkowski

Tlenek węgla w medycynie – innowacyjne perspektywy terapeutyczne

 

2025-05-16

Przedmiot badań. Praca poświęcona jest analizie literatury dotyczącej terapeutycznych zastosowań tlenku węgla. Tlenek węgla (CO), niegdyś uważany wyłącznie za toksyczny gaz, obecnie jest postrzegany jako cząsteczka o istotnym potencjale terapeutycznym. Endogenna produkcja CO w organizmie podkreśla jego naturalną rolę w procesach fizjologicznych i sygnalizacyjnych. Zróżnicowane właściwości biologiczne tlenku węgla stanowiły impuls do przeprowadzenia pierwszych badań mających na celu weryfikację jego potencjału terapeutycznego oraz zastosowanie tej cząsteczki w leczeniu różnorodnych schorzeń.

Cel badań. Celem pracy jest przedstawienie aktualnego stanu wiedzy dotyczącego potencjalnych zastosowań terapeutycznych tlenku węgla w postaci inhalacji, jak i przegląd nowoczesnych związków chemicznych, tzw. donorów CO.

Materiał i metody. Analiza literatury opierała się na pracach naukowych z lat 2015–2025, dostępnych m.in. w bazach PubMed, PubChem, Google Scholar, Wiley Online Library oraz Web of Science. Zastosowane słowa kluczowe to: „tlenek węgla” (ang. carbon monoxide), „cząsteczki uwalniające tlenek węgla” (ang. carbon monoxide releasing molecules, CORMs), „donory CO” (ang. CO donors), „terapeutyczne zastosowanie tlenku węgla” (ang. therapeutic use of carbon monoxide), „organiczne CORMs” (ang. organic CORMs), „wolne od metali CORMS” (ang. metal-free CORMs).

Wyniki. Dane przedstawione w publikacjach wskazują, że tlenek węgla charakteryzuje się zróżnicowanym zakresem właściwości terapeutycznych, w tym działaniem przeciwzapalnym, cytoprotekcyjnym, immunomodulacyjnym oraz antyproliferacyjnym. Pierwsze próby klinicznego zastosowania terapeutycznego tlenku węgla opierały się na kontrolowanych inhalacjach CO. Jednakże metoda ta stanowi istotne wyzwanie w praktyce klinicznej, szczególnie pod względem doboru odpowiedniej dawki oraz braku korelacji między stężeniem karboksyhemoglobiny (COHb) we krwi a efektem terapeutycznym. Dodatkowo, badania przeprowadzone na modelach zwierzęcych sugerują, że skuteczność terapeutyczna tlenku węgla może być bardziej związana z jego miejscowym stężeniem w tkankach docelowych niż ze stężeniem COHb w krążeniu systemowym. Alternatywnym podejściem do podawania tlenku węgla metodą wziewną jest zastosowanie tzw. donorów CO, czyli proleków uwalniających tlenek węgla pod wpływem różnych czynników, takich jak wartość pH, temperatura, enzymy lub światło. W pracach eksperymentalnych dowiedziono, że to podejście cechuje się wysoką skutecznością farmakologiczną i wyższym profilem bezpieczeństwa. Szczególnie obiecujące wyniki uzyskano w przypadku podawania donorów tlenku węgla drogą doustną w zwierzęcych modelach schorzeń gastroenterologicznych, gdzie donory CO potwierdziły właściwości cytoprotekcyjne oraz przeciwzapalne.

Wnioski. Pomimo obiecujących wyników w pracach eksperymentalnych, konieczne są dalsze badania nad optymalizacją właściwości lekopodobnych oraz parametrów farmakokinetycznych donorów tlenku węgla, aby w pełni wykorzystać potencjał terapeutyczny CO. Umożliwi to przeprowadzenie badań przedklinicznych i stworzy potencjalne możliwości zastosowania klinicznego. W szczególności dalsze badania nad doustnymi donorami CO mogą stanowić istotny krok w kierunku opracowania skutecznych i bezpiecznych terapii.

Słowa kluczowe: tlenek węgla, CORMs, organiczne CORMs, technologie dostarczania CO, proleki CORMs.

© Farm Pol, 2024, 80(11): 787–800

Carbon Monoxide in Medicine: Emerging Therapeutic Perspectives

Research subject. This study is devoted to the analysis of literature concerning the therapeutic applications of carbon monoxide. Carbon monoxide (CO), traditionally regarded as a toxic gas, is now recognized for its potential therapeutic applications. Its endogenous production in the human body underscores a physiological role in cellular signaling and homeostasis. The diverse biological properties of CO have driven early investigations to validate its therapeutic capacity and potential uses in treating a range of disorders.

Objective of the Research. This study aims to present the current state of knowledge on the therapeutic applications of carbon monoxide, including its use in inhalation therapies and a review of modern chemical compounds referred to as CO donors.

Materials and Methods. A literature review was conducted by examining research papers published between 2015 and 2025, accessed through databases such as PubMed, PubChem, Google Scholar, Wiley Online Library, and Web of Science. Keywords used included “carbon monoxide”, “carbon monoxide releasing molecules (CORMs)”, “CO donors”, “therapeutic use of carbon monoxide”, “organic CORMs”, and “metal-free CORMs”.

Results. The reviewed literature demonstrates that CO possesses diverse therapeutic properties, including anti-inflammatory, cytoprotective, immunomodulatory, and anti-proliferative. Early clinical investigations into carbon monoxide-based therapies primarily focused on controlled inhalation, however, this approach presents significant challenges, particularly in dose optimization and the lack of correlation between systemic carboxyhemoglobin (COHb) concentrations and therapeutic outcomes. Preclinical studies indicate that the efficacy of carbon monoxide may be more closely linked to its local tissue concentration rather than circulating carboxyhemoglobin concentrations. To overcome the limitations of inhaled carbon monoxide administration, an alternative strategy involves the use of carbon monoxide-releasing molecules (CORMs), which operate as prodrugs, releasing carbon monoxide in response to specific stimuli such as changes in pH, temperature, enzymatic activity, or light exposure. Experimental studies demonstrate that CORMs exhibit high pharmacological efficacy with an improved safety profile. Notably, oral administration of carbon monoxide donors has shown promising results in preclinical models of gastrointestinal disorders, where they mediate cytoprotection and inflammation resolution.

Conclusions. Despite these advances, further research is required to optimize the pharmacokinetic and pharmacodynamic properties of carbon monoxide donors, facilitating their translation into clinical applications. In particular, the development of orally bioavailable CO donors holds promise for advancing therapeutic strategies based on carbon monoxide and establishing novel treatment opportunities for inflammatory and degenerative disorders.

Keywords: Carbon monoxide, CORMs, organic CORMs, CO delivery technologies, CORMs prodrug.

© Farm Pol, 2024, 80(11): 787–800