Incuriositi dalle proprietà delle proteine ​​​​del canale ionico comunemente osservate nelle cellule, i ricercatori della Tokyo Tech hanno sviluppato il primo canale del potassio sintetico meccanosensibile utilizzando un ciclofano anfifilico fluorurato aromatico di nuova concezione. Mostrando sia capacità di "reattività agli stimoli" che di "trasporto ionico selettivo", il loro nuovo canale ionico potrebbe aprire nuove porte per il futuro utilizzo terapeutico e industriale dei canali meccanosensibili sintetici.

La natura ispira l'umanità in una miriade di modi. Prendi, ad esempio, le proteine ​​del canale di trasporto ionico "reattive agli stimoli". Queste proteine ​​si trovano incorporate nelle membrane cellulari e rispondono a una varietà di stimoli esterni, tra cui luce, pH e forza meccanica. Dato il loro ruolo cruciale in diversi processi biologici, i ricercatori hanno tentato di sintetizzare le versioni artificiali di queste proteine ​​del canale per l'uso in contesti terapeutici e industriali. Tuttavia, il successo nella loro sintesi è stato sfuggente. I complessi requisiti strutturali per la reattività agli stimoli e le proprietà specifiche di trasporto ionico sono stati identificati come il principale ostacolo alla loro sintesi.

Superando queste difficoltà, i ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), guidati dal Professore Associato Kohei Sato e dal Professore Ordinario Kazushi Kinbara, hanno recentemente sviluppato il primo canale sintetico meccanosensibile (reattivo alla forza meccanica) con selettività agli ioni di potassio. I loro risultati sono pubblicati nel Journal of the American Chemical Society .

Parlando dello studio, Assist. Il Prof. Sato e il Prof. Kinbara, affiliati alla School of Life Science and Technology del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), affermano:"Con la nostra esperienza nella progettazione di anfifili multiblocco che si autoassemblano per formare canali ionici supramolecolari, abbiamo ipotizzato che gli anfifili lineari non erano adatti per il trasporto di ioni specifici; quindi, abbiamo tentato modifiche strutturali per incorporare sia la reattività agli stimoli che la selettività ionica".

I ricercatori hanno ottimizzato la struttura di una complessa molecola organica nota come anfifilo multiblocco per incorporare un'unità aromatica perfluorurata. La struttura risultante, un ciclofano anfifilico fluorurato, conteneva unità idrofobiche di oligo(fenilene–etinilene) e leganti idrofili di octa(glicole etilenico). I ricercatori hanno anche progettato un ciclofano anfifilico parzialmente fluorurato e uno non fluorurato per studiare l'impatto della fluorurazione aromatica.

La microscopia ha rivelato che sia il ciclofano perfluorurato, denominato C_FF, e il ciclofano parzialmente fluorurato, denominato C_FH , potrebbe essere incorporato nella membrana a doppio strato lipidico, mentre il ciclofano non fluorurato non potrebbe. I ricercatori hanno quindi analizzato la proprietà di trasporto ionico, la reattività agli stimoli e la selettività degli ioni potassio di C_FF e C_FH utilizzando misurazioni della conduttanza, saggi di fluorescenza e studi computazionali. Hanno identificato che entrambi C_FF e C_FH autoassemblato nella membrana a doppio strato per formare canali ionici supramolecolari. Inoltre, il flusso di corrente attraverso la membrana ha confermato la proprietà di trasporto ionico transmembrana di entrambi C_FF e C_FH , più efficiente e pronunciato in C_FF .

I cambiamenti nel flusso di corrente all'applicazione della tensione della membrana hanno ulteriormente confermato la reattività agli stimoli dei canali formati da C_FF e C_FH . La proprietà di trasporto ionico di C_FF è stato influenzato in modo significativo, mentre non è cambiato molto per C_FH . Assistere. Il Prof. Sato, il Prof. Kinbara e il loro team attribuiscono queste variazioni all'interazione differenziale delle unità aromatiche di C_FH e C_FF all'interno della membrana.

Infine, il test di fluorescenza ha rivelato la più alta permeabilità di C_FF per gli ioni potassio rispetto ad altri cationi di metalli alcalini. Il team ha scoperto che la maggiore affinità degli ioni potassio per gli atomi di fluoro nel nucleo della struttura era responsabile di questo fenomeno.

Commentando questi risultati, Assist. Il Prof. Sato e il Prof. Kinbara affermano:"Il fatto che un canale ionico supramolecolare formato da C_FF possiede una tale reattività agli stimoli e la selettività agli ioni di potassio non è solo intrigante, ma anche sorprendentemente simile ai canali meccanosensibili che si trovano nei neuroni dei mammiferi."

Con questa dimostrazione, sono già in vista possibilità come lo sviluppo di terapie per le malattie legate ai canali ionici, la manipolazione di importanti processi biologici e lo sviluppo di tecnologie industriali di purificazione dei materiali. + Esplora ulteriormente

Doppio piacere:il nuovo canale ionico transmembrana sintetico può essere attivato in due modi