I canali ionici artificiali sviluppati dai ricercatori di A*STAR potrebbero aprire la strada a nuovi tipi di agenti antibatterici e sensori biomedici.

I canali ionici sono autostrade biochimiche che consentono agli ioni di metalli come potassio e sodio di ingrandire e rimpicciolire le cellule. In modo cruciale, i canali sono in genere molto selettivi, consentendo solo un tipo di ione attraverso e escludendo gli altri. Per esempio, il canale ionico di potassio KcsA presente in natura può trasportare 100 milioni di ioni al secondo, e lascia passare solo uno ione sodio ogni 10, 000 ioni potassio.

"Ma i canali ionici a base di proteine ​​sono costosi e difficili da manipolare, ", afferma Huaqiang Zeng presso l'A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology. "Le versioni sintetiche sono quindi in fase di sviluppo per imitare e alla fine superare le funzioni esibite dai canali proteici naturali". è stato difficile sviluppare canali artificiali che abbiano una forte selettività per il potassio rispetto agli ioni sodio.

Zeng e colleghi hanno ora sviluppato canali ionici che offrono un rapido trasporto di ioni potassio, con una selettività tra le più alte riportate per qualsiasi canale ionico artificiale. Il canale è formato da una serie di molecole identiche che si impilano l'una sull'altra. Ogni molecola contiene tre componenti. A un'estremità c'è un etere della corona, un grande anello di atomi di carbonio e ossigeno; nel mezzo c'è un amminoacido, che contiene gruppi chimici che consentono alle molecole di impilarsi secondo uno schema specifico; e all'altra estremità c'è un lungo, "coda" a base di carbonio. Queste molecole possono autoassemblarsi in modo che gli anelli eterei della corona si allineino per formare un tubo, che funge da canale ionico.

I ricercatori hanno creato una libreria di molecole utilizzando vari amminoacidi, diverse lunghezze di catene alchiliche, e corona eteri che contenevano cinque o sei atomi di ossigeno. Quindi hanno formato membrane dai canali impilati, e testato le loro proprietà di trasporto ionico.

Il canale più selettivo che hanno studiato conteneva un etere corona con cinque atomi di ossigeno, un amminoacido fenilalanina, e una catena alchilica contenente otto atomi di carbonio. Questo potrebbe trasportare 30 milioni di ioni al secondo, ed era circa dieci volte più selettivo per gli ioni potassio rispetto agli ioni sodio. Ciò offre prestazioni molto migliori rispetto ai precedenti canali di ioni potassio artificiali basati su eteri corona o altri scaffold molecolari.

I tre componenti delle molecole possono essere facilmente modificati per mettere a punto le proprietà dei canali, quindi Zeng è ottimista sul fatto che la sua squadra possa migliorare ulteriormente le proprie prestazioni. Sperano di testare i loro sistemi ottimizzati in applicazioni mediche, come agenti antibatterici o promotori della crescita dei capelli.