Cinque anni di duro lavoro e un po' di "fortuna cosmica" hanno portato i ricercatori della Rice University a un nuovo metodo per ottenere dettagli strutturali sulle molecole nelle biomembrane.

Il metodo del laboratorio Rice del fisico Jason Hafner combina tecniche sperimentali e computazionali e si basa sulle proprietà plasmoniche delle nanoparticelle d'oro. Sfrutta la capacità unica delle nanoparticelle di focalizzare la luce su obiettivi molto piccoli.

I ricercatori chiamano il loro protocollo SABRES, per l'analisi strutturale mediante diffusione Raman potenziata, e dire che potrebbe aiutare gli scienziati che studiano le interazioni amiloidi implicate nelle malattie neurodegenerative, le azioni neuroprotettive degli acidi grassi e la funzione degli agenti chemioterapici.

I dettagli compaiono questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .

Il loro metodo estrae la posizione di specifici gruppi chimici all'interno delle molecole individuando le loro vibrazioni caratteristiche. Quando un laser attiva i plasmoni nelle nanoparticelle, amplifica la luce diffusa vibrazionalmente dalle molecole vicine, un fenomeno chiamato scattering Raman potenziato dalla superficie (SERS). Il miglioramento è sensibile a dove si trova esattamente la molecola rispetto alla nanoparticella.

"Le molecole possono vibrare in molti modi diversi, quindi dobbiamo assegnare a ciascuno un 'centro di vibrazione', " Hafner ha detto. "Se guardi una parte di una molecola vibrare, puoi visualizzare dove si verifica, ma abbiamo anche dovuto trovare un modo matematico per descriverlo."

Gli spettri SERS sono notoriamente difficili da districare, quindi il metodo SABERS completo richiede anche misurazioni spettrali non migliorate e calcoli teorici sia dell'ottica del nanorod che delle proprietà molecolari, Egli ha detto.

Hafner e il suo team hanno testato la loro tecnica su tre strutture:molecole di tensioattivo fornite con nanotubi d'oro, molecole lipidiche che formano membrane su nanotubi d'oro e triptofano, un amminoacido che si deposita nella membrana.

"Abbiamo scoperto che lo strato di tensioattivo è inclinato di 25 gradi, il che è interessante perché spiega perché altre misurazioni hanno rilevato che lo strato appare più sottile del previsto, " ha detto Hafner.

I lipidi sostituiscono facilmente i tensioattivi sui nanotubi poiché terminano nella stessa struttura chimica. Confrontando le vibrazioni di quella struttura nel gruppo lipidico della testa con un doppio legame nella coda, SABERS ha trovato l'orientamento e lo spessore corretti della membrana a doppio strato lipidico. "È solo una fortuna cosmica che un lipide termini in una struttura perfettamente simmetrica che vibra ed è attivo Raman e ama sedersi su un nanorod, " ha detto Hafner.

I ricercatori hanno anche usato SABERS per localizzare il triptofano nel doppio strato lipidico. "È molto luminoso, spettroscopicamente, e facile da vedere, " ha detto. "Nelle strutture biologiche reali, il triptofano è solo un piccolo residuo attaccato a una proteina molto più grande. Però, il triptofano aiuta ad ancorare la proteina alla membrana, quindi i ricercatori vogliono sapere dove preferisce sedersi".

Prossimo, Hafner vuole analizzare molecole più grandi. "In linea di principio, attraverso trucchi spettroscopici, potremmo portarlo a strutture più grandi, e forse anche trovare ogni residuo in una proteina per ottenere l'intera struttura. Questo è futuristico, ma è dove pensiamo di poterlo seguire, " Egli ha detto.