Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato una molecola lipidica contenente fosforo che si assembla da sola per formare cubi. La ricerca condotta presso strutture tra cui DESY ha dimostrato che la forma insolita è dovuta a speciali legami nella molecola sintetica, un particolare fosfolipide. I fosfolipidi svolgono un ruolo importante negli organismi viventi, formare membrane, tra l'altro. Le nuove scoperte migliorano la comprensione delle forze che agiscono all'interno delle membrane biologiche e potrebbero aprire nuove strade in medicina. I ricercatori guidati da Andreas Zumbühl dell'Università di Friburgo in Svizzera presentano i loro risultati sulla rivista Angewandte Chemie .

La loro speciale struttura chimica consente ai fosfolipidi di autoassemblarsi per formare membrane costituite da due strati di molecole collegati. Questi sono un componente chiave delle membrane biologiche che separano le varie parti di una cellula vivente. Le membrane fatte di fosfolipidi possono anche formare automaticamente tridimensionali, strutture chiuse, per esempio in acqua dove producono le cosiddette vescicole.

Normalmente, tali vescicole sono di forma sferica, per ridurre al minimo la tensione superficiale. Però, l'1, Il 2-diamidofosfolipide ora analizzato dagli scienziati produce vescicole cuboidi a temperatura ambiente. Questo perché questo fosfolipide forma strati molto ravvicinati e quindi molto rigidi, che sono molto difficili da piegare, grazie a speciali vincoli, noti come legami idrogeno, che minimizzano la distanza tra le molecole. Quando si assembla come una struttura tridimensionale, la membrana continua a favorire superfici piane e strutture con il minor numero possibile di spigoli, condizioni soddisfatte da un cubo.

La sua struttura insolita potrebbe rendere questo fosfolipide interessante per applicazioni mediche, ad esempio per somministrare farmaci a parti specifiche del corpo. "I bordi del cubo sono formati dallo strato molecolare esterno, mentre lo strato interno ha qui una discontinuità. Questo difetto della membrana significa che la struttura può rompersi se il cubo viene scosso, " spiega Zumbühl. Un farmaco che è stato incapsulato nel cubo può quindi essere rilasciato in modo controllato. "Si potrebbe ad esempio racchiudere un farmaco che scioglie i coaguli di sangue e usarlo in caso di emergenza dopo un infarto. Elevate sollecitazioni di taglio verrebbero esercitate sul cubo in un'arteria bloccata, rilasciando il farmaco esattamente nel punto in cui può fare il meglio, " dice Zumbühl. Il cubo attualmente allo studio non è di per sé adatto a tali applicazioni, però, poiché è ancora troppo fragile.

Per il team di ricercatori, il fosfolipide esaminato è soprattutto un passo importante verso un obiettivo più grande:"Vorremmo capire quali forze agiscono nella membrana, in modo che possiamo in seguito influenzarli deliberatamente. Questo ci consentirebbe di utilizzare i fosfolipidi come una sorta di materiale da costruzione, in modo da costruire strutture specifiche a livello cellulare, " dice Zumbühl. Per comprendere i dettagli precisi dei fosfolipidi, gli scienziati sintetizzano alcune molecole, modificandone leggermente la struttura e le proprietà ogni volta, per vedere che effetto ha. Perché un piccolo cambiamento nella struttura di un fosfolipide può avere un grande effetto.

La linea di luce P08 della sorgente di raggi X PETRA III di DESY doveva essere appositamente attrezzata per questo tipo di indagini strutturali al confine tra aria e acqua. "Grazie all'ottimizzazione del nostro assetto e all'esatto controllo delle temperature e delle pressioni agenti sulle membrane, anche la pressione superficiale in un singolo strato di 1, 2-diammidofosfolipide potrebbe essere determinato, " spiega lo scienziato della linea di luce Olof Gutowski di DESY, che ha reso possibili queste misurazioni. Il risultato ha sorpreso gli scienziati:"Per 30 anni, si è generalmente ipotizzato che la pressione in una membrana biologica debba essere relativamente alta, circa 30 Millinewton al metro, " dice Zumbühl. "Nella membrana che abbiamo studiato, però, la pressione deve essere notevolmente inferiore, circa 5-10 Millinewton al metro. Questo mette in discussione la regola empirica di vecchia data".