I chimici del Laboratorio di chimica e scienze della vita della Tokyo Tech hanno progettato e sviluppato un recettore sintetico a forma di capsula in grado di distinguere tra ormoni steroidei maschili e femminili. Vale a dire, il recettore mostra un'affinità di legame insolitamente alta verso gli ormoni maschili androgeni nell'acqua.

Pubblicato oggi in Progressi scientifici , il loro risultato è un ottimo esempio di design biomimetico:la creazione di sistemi che imitano le idee della natura. "I recettori biologici naturali possono riconoscere piccole differenze strutturali tra ormoni steroidei maschili e femminili usando le loro tasche proteiche, " dicono gli autori. "Tuttavia, è stato difficile emulare artificialmente questa funzione fino ad ora."

La chiave della loro svolta è stata il design unico della cavità (che imita la tasca naturale ma utilizza componenti non naturali) all'interno del recettore. Questa cavità, circondato da strutture poliaromatiche tenute insieme da ioni metallici, ha permesso al recettore di agire come un contenitore semirigido, abbastanza flessibile da completare la forma dell'ormone e indurre interazioni di legame efficaci.

Lo studio, condotto da Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina e collaboratori, è una continuazione del precedente lavoro del team sullo sviluppo di nanocapsule innovative per un'ampia gamma di applicazioni di biorilevamento in campo medico e ambientale.

I loro esperimenti hanno mostrato che il recettore sintetico lega preferenzialmente gli ormoni sessuali steroidei in un ordine simile ai recettori naturali degli androgeni, iniziando con ormoni maschili come testosterone e androsterone, seguito da ormoni femminili come il progesterone e il beta-estradiolo. Quando viene posto in una miscela di ormoni maschili e femminili sospesi in una soluzione acquosa a 60 gradi Celsius per dieci minuti, il recettore si lega esclusivamente al testosterone con una selettività superiore al 98% (vedi figura). Questo alto livello di selettività è stato raggiunto anche quando la miscela conteneva un grande eccesso di ormoni femminili.

Utilizzando l'analisi cristallografica a raggi X, i ricercatori hanno osservato che la cavità sferica viene distorta in una forma ellittica dopo l'incapsulamento del testosterone. Dicono che questo cambiamento conformazionale contribuisce al miglioramento delle interazioni intermolecolari tra il recettore e l'ormone.

Facendo un passo avanti, il team ha ideato un modo per utilizzare il recettore per rilevare quantità estremamente piccole di un ormone maschile. Hanno preparato un complesso recettore-colorante che emette una fluorescenza verde bluastra senza testosterone. Aggiungendo una quantità di nanogrammi di testosterone, la fluorescenza è diminuita notevolmente al momento dell'incapsulamento, rappresentando un nuovo straordinario metodo di rilevamento ultrasensibile.

"Prevediamo che il nostro recettore sintetico sarà utilizzato per lo sviluppo di pratiche, dispositivi analitici ultrasensibili per ormoni sessuali steroidei, che vanno dagli strumenti medici ai controlli antidoping nello sport, nel futuro prossimo, "dicono i ricercatori.