Un gruppo di ricercatori della Marshall University e i loro colleghi in Giappone stanno conducendo ricerche che potrebbero portare a nuovi modi per spostare o posizionare singole molecole, un passo necessario se l'uomo spera un giorno di costruire macchine molecolari o altri dispositivi in ​​grado di funzionare su scala molto piccola.

Dott. Eric Blough, membro del gruppo di ricerca e professore associato presso il Dipartimento di Scienze Biologiche dell'Università di Marshall, ha detto che il suo gruppo ha mostrato come i bionanomotori possono essere usati un giorno per muovere e manipolare molecole su scala nanometrica.

La loro ricerca sarà pubblicata nel numero del 5 febbraio della rivista di ricerca Piccolo .

"Essere in grado di manipolare una singola molecola in condizioni controllate è in realtà una sfida piuttosto grande, " disse Blough. "Non è proprio la stessa cosa, ma immagina di provare a raccogliere da terra un singolo ago da cucito con un'enorme pala a vapore, e farlo in modo da raccogliere l'ago e nient'altro. O, per dirla in un altro modo:come si manipola qualcosa di molto piccolo con qualcosa di molto grande? Abbiamo deciso di provare ad aggirare questo problema vedendo se era possibile utilizzare singole molecole per spostare altre singole molecole".

"Quello che stiamo cercando di replicare in laboratorio è qualcosa che la natura ha fatto per milioni di anni:le cellule usano continuamente i bionanomotori per spostare le cose, " Egli ha detto.

Blough descrive i bionanomotori come minuscole "macchine" naturali che convertono l'energia chimica direttamente in lavoro meccanico. Un nanometro è circa 1/100, 000 la larghezza di un capello umano. Un nanomotore è di dimensioni simili e opera alla più piccola delle piccole scale.

"I nostri muscoli sono la prova vivente di come i bionanomotori possono essere sfruttati per svolgere un lavoro utile, " Ha aggiunto.

Nel laboratorio, Blough e i suoi colleghi hanno usato la miosina, una proteina presente nei muscoli responsabile della generazione della forza di contrazione muscolare, come motore, e l'actina, un'altra proteina isolata dal muscolo, come vettore.

Utilizzando una tecnica per creare uno schema di molecole di miosina attive su una superficie, hanno mostrato come il carico - hanno usato piccole perline - potrebbe essere attaccato ai filamenti di actina e spostato da una parte all'altra della superficie. Per migliorare il sistema, usavano anche filamenti di actina che avevano impacchettato insieme.

"Quando abbiamo iniziato il nostro lavoro, abbiamo notato che i singoli filamenti di actina si muovevano casualmente, " ha detto il dottor Hideyo Takatsuki, autore principale dell'articolo di giornale e borsista post-dottorato nel laboratorio di Blough. "Per essere in grado di trasportare qualcosa dal punto A al punto B in modo efficace devi essere in grado di avere un certo controllo sul movimento. I filamenti di actina sono così flessibili che è difficile controllare il loro movimento, ma abbiamo scoperto che se impacchettassimo un mazzo di loro insieme, il movimento dei filamenti era quasi rettilineo."

Inoltre, il team ha anche dimostrato di poter utilizzare la luce per controllare il movimento dei filamenti.

"Affinché un sistema di trasporto funzioni in modo efficiente, hai davvero bisogno di avere la capacità di fermare il vettore per prelevare il carico, così come i mezzi per fermare il trasporto quando si arriva a destinazione, " ha aggiunto Takatsuki.

Per controllare il movimento, hanno scelto di sfruttare le proprietà chimiche di un'altra molecola chiamata blebbistatina.

"La blebbistatina è un inibitore della miosina e può essere attivata e disattivata dalla luce, " Blough ha detto. "Abbiamo scoperto che potevamo fermare e iniziare il movimento cambiando il modo in cui il sistema veniva illuminato".

Secondo Blough, l'obiettivo a lungo termine del lavoro del team è sviluppare una piattaforma per lo sviluppo di un'ampia gamma di applicazioni di rilevamento e trasporto su nanoscala nel campo biomedico.

"La promessa della nanotecnologia è immensa, " ha detto. "Un giorno potrebbe essere possibile eseguire test diagnostici utilizzando quantità di campione incredibilmente piccole che possono essere eseguite in un periodo di tempo molto breve e con un alto grado di precisione. Le implicazioni per il miglioramento della salute umana sono incredibili".

Blough ha aggiunto che sebbene il loro lavoro recente sia un passo avanti, c'è ancora molta strada da fare.

"Sono necessari numerosi ulteriori progressi prima che i bionanomotori possano essere utilizzati per applicazioni 'lab-on-a-chip', " ha detto. "È un problema impegnativo, ma questa è una delle grandi cose della scienza:ogni giorno è nuovo e interessante".