(PhysOrg.com) -- I ricercatori della Penn hanno contribuito a sviluppare un dispositivo nanotecnologico che combina nanotubi di carbonio con proteine ​​del recettore olfattivo, i componenti cellulari del naso che rilevano gli odori.

Poiché i recettori olfattivi appartengono a una classe più ampia di proteine ​​coinvolte nel passaggio dei segnali attraverso la membrana cellulare, questi dispositivi potrebbero avere applicazioni oltre il rilevamento degli odori, come la ricerca farmaceutica.

La ricerca è stata guidata dal professor A.T. Charlie Johnson, il borsista post-dottorato Brett R. Goldsmith e lo studente laureato Mitchell T. Lerner del Dipartimento di Fisica e Astronomia della School of Arts and Sciences, insieme all'assistente professore Bohdana M. Discher e al borsista post-dottorato Joseph J. Mitala Jr. del Dipartimento di Biofisica e Biochimica presso la Perelman School of Medicine di Penn. Hanno collaborato con i ricercatori del Monell Chemical Senses Center, l'Università di Miami, l'Università dell'Illinois, Princeton University e due società private, Nanosense Inc. e Evolved Machines Inc.

Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano .

Il team di Penn ha lavorato con recettori olfattivi derivati ​​da topi, ma tutti i recettori olfattivi fanno parte di una classe di proteine ​​note come recettori accoppiati a proteine ​​G, o GPCR. Questi recettori si trovano sulla membrana esterna delle cellule, dove alcune sostanze chimiche nell'ambiente possono legarsi ad esse. L'azione di legame è il primo passo di una cascata chimica che porta ad una risposta cellulare; nel caso di un recettore olfattivo, questa cascata porta alla percezione di un odore.

Il team di Penn è riuscito a costruire un'interfaccia tra questa complicata proteina e un transistor a nanotubi di carbonio, permettendo loro di convertire i segnali chimici che il recettore produce normalmente in segnali elettrici, che potrebbe essere incorporato in qualsiasi numero di strumenti e gadget.

“I nostri dispositivi nanotecnologici sono elementi di lettura; origliano ciò che stanno facendo i recettori olfattivi, in particolare quali molecole sono legate a loro, "Ha detto Johnson.

Poiché il particolare GPCR con cui il team ha lavorato era un recettore olfattivo, il banco di prova per il loro dispositivo a nanotubi doveva funzionare come sensore per le sostanze chimiche disperse nell'aria.

"Se c'è qualcosa nell'atmosfera che vuole legarsi a questa molecola, il segnale che otteniamo attraverso il nanotubo riguarda la frazione di tempo in cui qualcosa è legato o meno. Ciò significa che possiamo ottenere una lettura contigua che è indicativa della concentrazione della molecola nell'aria, "Ha detto Johnson.

Mentre si potrebbe immaginare di trasformare questi dispositivi a nanotubi in un naso sintetico, creandone uno per ciascuno dei circa 350 GPCR olfattivi in ​​un naso umano, o l'1, 000 trovati in un cane — Johnson pensa che le applicazioni mediche siano molto più vicine alla realizzazione.

“I GPCR sono bersagli farmacologici comuni, ” ha detto. “Poiché sono noti per essere molto importanti nelle interazioni cellula-ambiente, sono molto importanti rispetto alla patologia della malattia. A questo riguardo, ora abbiamo un percorso per interrogare a cosa rispondono effettivamente quei GPCR. Puoi immaginare di costruire un chip con molti di questi dispositivi, ciascuno con GPCR diversi, ed esporli tutti in una volta a vari farmaci per vedere quale è efficace nell'innescare una risposta.

Capire quali tipi di farmaci si legano in modo più efficace ai GPCR è importante perché gli agenti patogeni spesso attaccano anche attraverso quei recettori. Quanto meglio una sostanza chimica innocua si lega a un GPCR pertinente, meglio è a bloccare la malattia.

Il team di Penn ha anche fatto un progresso tecnico nella stabilizzazione dei GPCR per la ricerca futura.

“In passato, se prendi una proteina da una cellula e la metti su un dispositivo, potrebbe durare un giorno. Ma qui, l'abbiamo incorporato in una membrana cellulare artificiale su scala nanometrica, che si chiama nanodisco, "Ha detto Johnson. “Quando lo abbiamo fatto, durarono due mesi e mezzo, invece di un giorno.”

L'aumento della durata di vita di tali dispositivi potrebbe essere vantaggioso per due campi scientifici con una crescente sovrapposizione, come testimonia il grande, gruppo di ricerca interdisciplinare coinvolto nello studio.

“Il quadro generale è l'integrazione delle nanotecnologie con la biologia, “ ha detto Johnson. “Queste complicate macchine molecolari sono il principale metodo di comunicazione tra l'interno della cellula e l'esterno, e ora stiamo incorporando la loro funzionalità con i nostri dispositivi nanotecnologici".