La capacità di far crescere grandi cristalli proteici è il singolo collo di bottiglia più grande che limita l'uso della cristallografia di proteine ​​neutroniche nella biologia strutturale. I cristalli di proteine ​​devono avere volumi nella regione di almeno 0,1 mm ³ . In teoria non c'è una ragione particolare per cui non si possano coltivare cristalli di queste dimensioni. Se possono essere, La cristallografia delle proteine ​​dei neutroni può fornire informazioni cruciali sulla posizione degli atomi di idrogeno, dettagli relativi all'idratazione del legame idrogeno e alle interazioni del ligando. Questo tipo di informazioni è di diretta rilevanza per la ricerca accademica e farmacologica nelle scienze della vita.

La sfida è quindi quella di ottenere una grande crescita dei cristalli in modo riproducibile, che fa risparmiare tempo, modo di risparmiare lavoro. Sarebbe l'ideale se in futuro, i cristallografi di neutroni possono, dopo opportuno lavoro di pre-caratterizzazione, sottoporre le proprie soluzioni a una piattaforma automatizzata o semiautomatica che consentirebbe l'esplorazione di un'ampia gamma di condizioni in modo altamente sistematico e consentirebbe agli utenti di monitorare la crescita dai propri computer remoti.

Ashley Jordan all'Institut Laue-Langevin (ILL) di Grenoble, Francia, ha studiato due nuovi metodi di crescita dei cristalli:lo sviluppo di un modulo che potrebbe consentire approcci automatizzati su larga scala in futuro (attività 1), e un sistema di cristallizzazione a flusso (task 2).

Compito 1:un modulo per l'esplorazione automatizzata della crescita di grandi cristalli

Questo progetto SINE2020 si è concentrato sullo sviluppo di un modulo a più pozzetti controllabile a temperatura in cui è possibile ottimizzare la crescita dei cristalli. L'idea di progettare questo modulo era di ampliare l'approccio in modo da poter utilizzare più pozzi di cristallizzazione con controllo della temperatura individuale (programmabile) per esplorare un'ampia gamma di condizioni di crescita. È stato realizzato un modulo prototipo che consisteva in un design di piastra personalizzato contenente 6 × 4 pozzetti in cui possono verificarsi i singoli esperimenti di cristallizzazione. Ogni pozzo può essere adattato a diverse condizioni, con ciascuno dotato di controllo della temperatura indipendente. I pozzi sono riscaldati utilizzando elementi riscaldanti Peltier con un sistema di feedback della temperatura che consente di riscaldare e raffreddare ciascun pozzo in un intervallo di temperatura da 4 gradi C a 60 gradi C, con una precisione di 0,1 gradi. La configurazione è stata progettata per consentire il monitoraggio e la registrazione fotografica della crescita dei cristalli.

Ashley Jordan, Ryo Mizuta e John Allibon (che ha sviluppato il software) hanno costruito e testato il sistema prototipo. Sono stati effettuati test di cristallizzazione utilizzando tripsina e rubredossina.

Post-SINE2020, l'idea sarebbe quella di rendere questi moduli "plug and play" in modo da poter utilizzare un approccio "robotico" più esteso. Le sessioni di cristallogenesi potrebbero essere rimosse dall'utente al completamento e altre sessioni installate utilizzando un altro modulo - il modulo sarebbe l'unità di lavoro di un array più grande - con tutte le telecamere visualizzabili e fornendo informazioni time-lapse a un portale utente.

Compito 2:Cristallizzazione del flusso

Un altro modo per perseguire la crescita di cristalli di grandi dimensioni è l'idea di un sistema di cristallizzazione a flusso. L'idea è di mantenere condizioni di lotto stazionarie attorno a un cristallo in ogni momento durante la sua crescita, fornendo una fornitura costante di stock proteico fresco all'ambiente di cristallizzazione. Ciò manterrà le condizioni di soluzione ottimali in ogni momento e contribuirà a ridurre al minimo l'accumulo di impurità sulle superfici dei cristalli:tali impurità possono ostacolare la crescita dei cristalli.

È stata scelta una pompa P Dolomite Mitos per mantenere la portata estremamente bassa (tra 70-1500 nl min-1) richiesta per regolare il sistema. È stata progettata e realizzata un'apposita camera di cristallizzazione che può essere collegata alla pompa utilizzando una stampante 3D. Questa camera crea un ambiente sigillato e fornisce un facile accesso ai cristalli una volta che sono cresciuti.