Un team guidato dagli scienziati di Lawrence Livermore ha creato un nuovo tipo di canale ionico basato su brevi nanotubi di carbonio, che possono essere inseriti in doppi strati sintetici e membrane cellulari vive per formare minuscoli pori che trasportano l'acqua, protoni, piccoli ioni e DNA.
Queste "porine" di nanotubi di carbonio hanno implicazioni significative per le future applicazioni sanitarie e di bioingegneria. Le porine di nanotubi alla fine potrebbero essere utilizzate per fornire farmaci al corpo, servire come base per nuovi biosensori e applicazioni di sequenziamento del DNA, ed essere utilizzati come componenti di cellule sintetiche.
I ricercatori sono da tempo interessati allo sviluppo di analoghi sintetici dei canali di membrana biologica che potrebbero replicare un'elevata efficienza e un'estrema selettività per il trasporto di ioni e molecole che si trovano tipicamente nei sistemi naturali. Però, questi sforzi hanno sempre comportato problemi nel lavorare con i sintetici e non hanno mai eguagliato le capacità delle proteine biologiche.
A differenza dell'assunzione di una pillola che viene assorbita lentamente e viene distribuita a tutto il corpo, i nanotubi di carbonio possono individuare un'area esatta da trattare senza danneggiare gli altri organi circostanti.
"Molti farmaci buoni ed efficaci che curano le malattie di un organo sono piuttosto tossici per un altro, " disse Aleksandr Noy, un biofisico LLNL che ha guidato lo studio ed è l'autore senior dell'articolo apparso nel numero del 30 ottobre della rivista, Natura . "Questo è il motivo per cui la consegna in una parte particolare del corpo e rilasciarla solo lì è molto meglio".
La squadra di Lawrence Livermore, insieme ai colleghi della Molecular Foundry del Lawrence Berkeley National Laboratory, campus dell'Università della California Merced e Berkeley, e l'Università dei Paesi Baschi in Spagna hanno creato un nuovo tipo di un sistema molto più efficiente, canale dei pori della membrana biocompatibile da un nanotubo di carbonio (CNT), una molecola simile a una cannuccia che consiste in un foglio di grafene arrotolato.
Questa ricerca ha mostrato che, nonostante la loro semplicità strutturale, Le porine dei CNT mostrano molti comportamenti caratteristici dei canali ionici naturali:si inseriscono spontaneamente nelle membrane, passare da uno stato di conduttanza metastabile, e mostrano i caratteristici blocchi indotti dalle macromolecole. Il team ha anche scoperto che, proprio come nei canali biologici, le cariche locali del canale e della membrana potrebbero controllare la conduttanza ionica e la selettività ionica delle porine del CNT.
"Abbiamo scoperto che questi nanopori sono una promettente piattaforma biomimetica per lo sviluppo di interfacce cellulari, studiare il trasporto nei canali biologici, e la creazione di biosensori, "Noy ha detto. "Stiamo pensando alle porine CNT come al primo nanoporo sintetico veramente versatile in grado di creare una gamma di applicazioni in biologia e scienza dei materiali".
"Presi insieme, i nostri risultati stabiliscono le porine CNT come un promettente prototipo di un canale di membrana sintetico con una robustezza intrinseca verso le sfide biologiche e chimiche e un'eccezionale biocompatibilità che dovrebbe rivelarsi prezioso per le applicazioni di interfaccia bionanofluidica e cellulare, " ha detto Jia Geng, un postdoc che è il primo co-autore del documento.
Kyunghoon Kim, un postdoc e un altro coautore, ha aggiunto:"Ci aspettiamo anche che le nostre porine CNT possano essere modificate con "porte" sintetiche per alterare drasticamente la loro selettività, aprendo interessanti possibilità per il loro utilizzo in cellule sintetiche, somministrazione di farmaci e biorilevamento".
