Le biomacromolecole incorporate in strutture metallo-organiche su misura che utilizzano modulatori peptidici sono ben schermate ma altamente attive grazie alla nanoarchitettura accuratamente sintonizzata. Come riportano gli scienziati sulla rivista Angewandte Chemie , questa strategia può essere utilizzata per sintetizzare una "cellula artificiale" che funziona come un sensore ottico di glucosio.

Biomacromolecole, come enzimi, controllare le reazioni nelle cellule con efficienza molto più elevata, specificità, e selettività rispetto ai sistemi sintetici. Se utilizzato all'esterno di una cella, molte di queste molecole sensibili richiedono un guscio sintetico. Le strutture metallo-organiche (MOF) sono particolarmente adatte per questo. Queste strutture a gabbia hanno ioni metallici come nodi, che sono collegati da ligandi organici. Le biomolecole possono essere incorporate facilmente all'interno di queste strutture durante il loro processo di autoassemblaggio. Però, la limitata accessibilità delle biomolecole all'interno dei gusci spesso fa sì che l'attività di questi bioibridi sia deludente.

Un team guidato da Gangfeng Ouyang alla Sun Yat-sen University di Guangzhou, Cina, ha ora introdotto una semplice strategia per adattare tali bioibridi per formare nanoarchitetture con attività elevate. La chiave del loro successo risiede nell'aggiunta di peptidi specifici che influenzano la struttura come "modulatori".

I ricercatori hanno scelto di lavorare con la perossidasi di rafano come biomolecola modello. Questo enzima scompone il perossido di idrogeno e viene utilizzato nell'industria per l'ossidazione ecologica delle ammine aromatiche. I nodi nella struttura metallo-organica sono ioni zinco, che sono legati da ligandi 2-metilimidazolo. Il modulatore è l'acido γ-poli-L-glutammico, un biopolimero naturale con molteplici cariche negative che si lega ai gruppi positivi sulla perossidasi e si coordina in modo competitivo con gli ioni zinco. Il modulatore e la perossidasi sono, così, entrambi incorporati nel MOF. Variando la quantità di modulatore si ottengono diverse morfologie, come poliedri tridimensionali, che sono come minuscole "stelle" fatte di strati bidimensionali intrecciati a forma di fuso che hanno uno spessore di circa 150 nm, o strutture tridimensionali simili a fiori. Considerando che l'attività enzimatica nelle strutture 3-D microporose è bassa, gli enzimi nei MOF 2-D sono attivi quasi quanto nello stato libero. Questo è il risultato dei grandi pori e dei canali relativamente corti nelle strutture 2-D, che consentono al substrato di accedere rapidamente all'enzima. Allo stesso tempo, l'enzima è ben protetto dagli enzimi che degradano le proteine, alte concentrazioni di urea, Temperature elevate, e un certo numero di solventi organici, vantaggioso per le applicazioni industriali.

I ricercatori sono stati anche in grado di costruire una "cellula artificiale" che imita le cascate cellulari coinvolte nella trasduzione del segnale e agisce come un sensore di glucosio. Per questo, hanno incorporato diversi componenti in un MOF 2-D:glucosio ossidasi (GOx) e nanocluster d'oro fluorescenti legati alle proteine ​​che scompongono cataliticamente il perossido di idrogeno. L'aggiunta di glucosio avvia la cascata. Il glucosio viene ossidato dal GOx, che forma perossido di idrogeno. Questo viene poi convertito con un substrato dai nanocluster d'oro, dopodiché il substrato diventa blu. In parallelo, i nanocluster d'oro sono ossidati, che spegne la fluorescenza. Entrambi i segnali ottici sono proporzionali alla concentrazione di glucosio e sono sensibili in due intervalli di concentrazione complementari.