I semplici mattoncini LEGO possono essere assemblati a strutture più complicate, che possono essere ulteriormente associati in un'ampia varietà di architetture complesse, dalle automobili, razzi, e navi verso giganteschi castelli e parchi di divertimento. Un tale evento di assemblaggio in più fasi, c.d. "autoassemblaggio gerarchico, ' accade anche negli organismi viventi.

Professor Kimoon Kim (Dipartimento di Chimica, POSTECH) e il suo team di ricerca (Centro per l'autoassemblaggio e la complessità, Institute for Basic Science) ha scoperto che un complesso ospite-ospite a base di cucurbituril polimerizzava in una catena polimerica lineare, che è stato ulteriormente associato tra loro in un microtubulo cavo tramite interazioni di van der Waals derivanti dalla loro autocomplementarità di forma. Le loro nuove scoperte vengono presentate come ultime notizie in Angewandte Chemie Edizione Internazionale , che è una delle riviste più famose al mondo in chimica.

I microtubuli esistono nelle cellule viventi di piante e animali e sono essenziali per il mantenimento delle strutture cellulari, migrazione delle cellule, trasporto intracellulare e altro. In altre parole, funzioni cellulari essenziali come le divisioni cellulari e il trasporto intracellulare non possono essere eseguite quando si verificano problemi nella formazione o nella dissociazione dei microtubuli.

Questi microtubuli si formano attraverso l'autoassemblaggio gerarchico di proteine ​​globulari in tubuline di dimensioni nanometriche, che crescono in protofilamenti lineari. Successivamente, questi protofilamenti vengono assemblati insieme per costruire una struttura tubolare a più filamenti con una lunghezza superiore a decine di micrometri.

Prima delle scoperte dei ricercatori, sono stati fatti molti tentativi per imitare l'autoassemblaggio dei microtubuli in profondità per anni. Però, il meccanismo di formazione dei microtubuli naturali a livello molecolare è ancora ambiguo.

Per creare microtubuli artificiali, il gruppo di ricerca ha utilizzato il complesso ospite-ospite a base di cucurbituril con due gruppi tiolici attaccati alle due estremità come elemento costitutivo. Questo blocco costitutivo assemblato in polimeri lineari unidimensionali mediante formazione di legami disolfuro. Quindi, questi polimeri sono stati associati lateralmente in un'architettura cilindrica cava simile ai microtubuli naturali attraverso interazioni di van der Waals. La formazione di microtubuli artificiali è stata caratterizzata da vari studi spettroscopici e microscopici, inclusa la diffrazione dei raggi X alla sorgente luminosa di Pohang.

Il team di ricerca ha scoperto che la catena polimerica è diventata diritta e rigida da sola, e alla fine l'autocomplementarità della forma simile a un mattoncino LEGO è emersa durante la crescita del polimero. Sorprendentemente, le strutture convesse di una catena ben si accordavano con le parti concave delle catene vicine, che ha permesso l'associazione laterale delle catene polimeriche.

Il primo autore del saggio, Wooseup Hwang ha spiegato, "Gli studi prima della nostra scoperta si sono concentrati sull'imitazione dell'architettura dei microtubuli. Ciò che differenzia la nostra ricerca da quelle convenzionali è che cerchiamo di imitare il meccanismo di formazione dei microtubuli e l'architettura".

Dottor Kangkyun Baek, l'altro autore corrispondente ha commentato, "Stiamo progettando di estendere il nostro studio per imitare comportamenti dinamici e varie funzioni biologiche dei microtubuli naturali, " e "Questo nuovo approccio basato sull'autocomplementarietà della forma farà un passo avanti per comprendere il meccanismo di formazione dei microtubuli naturali e offrirà nuove opportunità per esplorare autoassemblaggi gerarchici non convenzionali e nuovi materiali funzionali".