Due recenti articoli del professor James Sterling e Shenda Baker del Keck Graduate Institute (KGI), Presidente e COO di Synedgen, descrivere come gli ioni interagiscono con i glicani della superficie della mucosa per garantire la salute.

L'importanza degli ioni o elettroliti, nella salute umana è ben noto, ma il ruolo esatto che questi ioni svolgono in biologia è più complicato di quanto si pensasse in precedenza. Zuccheri complessi noti come glicani, che rivestono le superfici delle cellule e delle mucose, sono alcune delle molecole più cariche negativamente in biologia. Nel nostro naso, gola, occhi, polmoni, e tratto gastrointestinale, queste superfici svolgono un ruolo importante nella protezione dell'organismo dall'invasione di agenti patogeni e dall'esposizione all'ambiente.

Il documento "A Continuum Model of Mucosa with Glycan-Ion Pairing, " è stato pubblicato il 15 gennaio sulla rivista Teoria e simulazioni macromolecolari .

"Il ruolo dell'accoppiamento ionico sulle superfici cellulari ha importanti implicazioni per la somministrazione di farmaci, quindi stiamo lavorando con l'assistente professoressa KGI Kiana Aran per migliorare la somministrazione di farmaci nelle mucose, "Dice Sterling. "Allo stesso modo, l'interazione delle tossine con le cellule è in fase di studio con l'assistente professore di KGI Mikhail Martchenko nel lavoro del suo laboratorio sui peptidi che formano pori."

Mentre le cariche positive e negative sono attratte l'una dall'altra, due ioni diversi (diciamo, sodio e potassio) con la stessa carica non interagiscono allo stesso modo con lo stesso ione negativo, e la natura di queste differenze si chiama liotropia.

"Un'implicazione chiave di queste sottili differenze è che i glicani interagiscono in modi unici con ogni tipo di ione, " dice Sterling. "Differenze specifiche nel modo in cui gli ioni si accoppiano con i controioni possono causare grandi cambiamenti sia nel potenziale elettrico che nello spessore dello strato protettivo sulle cellule che impediscono l'attacco e l'invasione dei patogeni. Esiste una complessa interazione tra attrazione e repulsione poiché le cariche si muovono in risposta l'una all'altra, sia positivo che negativo. Sorprendentemente, le strutture superficiali possono essere molto diverse per i diversi ioni, anche se è presente lo stesso numero di ioni."

Nelle superfici mucose, come il polmone, il muco è composto da polielettroliti carichi negativamente chiamati mucine che sono molto sensibili ai cambiamenti negli ioni. Nei pazienti con fibrosi cistica, Per esempio, il difetto genetico nel gene CFTR riduce il trasporto ionico, che fa sì che il muco sia denso e viscoso. Baker e Sterling descrivono come lo spessore dello strato mucoso e il suo potenziale elettrico vengono modificati dai cambiamenti nel tipo di ioni (carbossilati o solfati sulle mucine).

"La comprensione di come ogni tipo di ione influenza la struttura, Potenziale elettrico, e il comportamento dei fluidi degli strati della superficie delle vie aeree nel polmone ha implicazioni dirette per la progettazione di bersagli farmacologici che influenzano il comportamento polmonare, " nota Baker.

Il documento contempla le interazioni ioniche e i potenziali elettrici in una varietà di idrogel e superfici cellulari biologicamente importanti, e incorpora interazioni ione-ione specifiche per ogni tipo di coppia ionica. Questo lavoro segue una pubblicazione del 2017 di Drs. Baker e Sterling in Comunicazioni scientifiche dei colloidi e delle interfacce , intitolato "Equilibrio elettroliotropico e utilità delle costanti di dissociazione della coppia ionica, " stabilendo la fattibilità di questi modelli per la determinazione della struttura del bioidrogel .

Il professor Sterling ha anche presentato aspetti di questo lavoro al 13° Ritiro di ricerca annuale di KGI il 12 gennaio. La sua presentazione può essere vista attraverso il seguente link:Partizionamento e abbinamento in biologia.