È noto da tempo che l'oro può essere usato per fare cose che i filosofi non hanno mai nemmeno sognato. L'Istituto di Fisica Nucleare dell'Accademia Polacca delle Scienze di Cracovia ha confermato l'esistenza della 'colla d'oro':legami che coinvolgono atomi d'oro, in grado di legare permanentemente gli anelli proteici. Abilmente utilizzato da un team internazionale di scienziati, i legami hanno permesso di costruire nanogabbie molecolari con una struttura finora senza pari in natura o addirittura in matematica.

Il mondo della scienza si interessa da anni alle gabbie molecolari. Non senza ragione. Molecole chimiche, compresi quelli che in condizioni normali entrerebbero in reazioni chimiche, possono essere racchiusi nei loro interni vuoti. Le particelle del composto racchiuso, separato dalle pareti della gabbia dall'ambiente, non avere nulla con cui legarsi. Queste gabbie possono quindi essere utilizzate, Per esempio, per trasportare i farmaci in modo sicuro in una cellula cancerosa, rilasciando il farmaco solo quando sono al suo interno.

Le gabbie molecolari sono poliedri formati da "mattoni" più piccoli, solitamente molecole proteiche. I mattoni non possono essere di alcuna forma. Per esempio, se volessimo costruire un poliedro molecolare utilizzando solo oggetti con il contorno di un triangolo equilatero, la geometria ci limiterebbe a sole tre figure solide:un tetraedro, un ottaedro o un icosaedro. Finora, non ci sono state altre possibilità strutturali.

"Fortunatamente, L'idealismo platonico non è un dogma del mondo fisico. Se accetti certe imprecisioni nella figura solida che stai costruendo, puoi creare strutture con forme che non si trovano in natura, Cosa c'è di più, con proprietà molto interessanti, " afferma il dott. Tomasz Wrobel dell'Istituto di fisica nucleare di Cracovia dell'Accademia delle scienze polacca (IFJ PAN).

Il dottor Wrobel è uno dei membri di un team internazionale di ricercatori che ha recentemente realizzato l'"impossibile":hanno costruito una gabbia di forma simile a una sfera di proteine ​​a undici pareti. I principali autori di questo spettacolare successo sono gli scienziati del gruppo del Prof. Jonathan Heddle del Malopolska Biotechnology Center dell'Università Jagellonica di Cracovia e del giapponese RIKEN Institute di Wako. Il lavoro descritto in Natura si è svolto con la partecipazione di ricercatori delle università di Osaka e Tsukuba (Giappone), Durham (Gran Bretagna), Waterloo (Canada) e altri centri di ricerca.

Ciascuna delle pareti delle nuove nanogabbie era formata da un anello proteico da cui sporgevano a intervalli regolari undici molecole di cisteina. Era all'atomo di zolfo trovato in ogni molecola di cisteina che la "colla", cioè l'atomo d'oro, doveva essere allegata. Nelle condizioni appropriate, potrebbe legarsi con un altro atomo di zolfo, nella cisteina di un anello successivo. In questo modo si formerebbe un legame chimico permanente tra i due anelli. Ma l'atomo d'oro in queste condizioni sarebbe davvero in grado di formare un legame tra gli anelli?

"Nel laboratorio di imaging spettroscopico dell'IFJ PAS abbiamo utilizzato la spettroscopia Raman e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X per dimostrare che nei campioni fornitici con le nanogabbie di prova, l'oro ha davvero formato legami con atomi di zolfo nelle cisteine. In altre parole, in un difficile, misurazione diretta, abbiamo dimostrato che la "colla" d'oro per legare gli anelli proteici nelle gabbie esiste davvero, " spiega il dottor Wrobel.

Ogni atomo d'oro può essere trattato come una clip a sé stante che consente di collegare un altro anello. La strada verso l'"impossibile" inizia quando ci rendiamo conto che non dobbiamo sempre usare tutte le clip! Così, sebbene tutti gli anelli delle nuove nanogabbie siano fisicamente uguali, a seconda del loro posto nella struttura si collegano con i loro vicini con un diverso numero di atomi d'oro, e quindi funzionano come poligoni con diverso numero di vertici. Le 24 pareti di nanogabbie presentate dai ricercatori sono state tenute insieme da 120 atomi d'oro. Il diametro esterno delle gabbie era di 22 nanometri e il diametro interno era di 16 nm.

Anche l'uso di atomi d'oro come legante per le nanogabbie è importante per le sue possibili applicazioni. Nelle strutture molecolari precedenti, le proteine ​​sono state incollate insieme usando molti legami chimici deboli. La complessità dei legami e la loro somiglianza con i legami responsabili dell'esistenza degli stessi anelli proteici non consentivano un controllo preciso sulla decomposizione delle gabbie. Non è così nelle nuove strutture. Da una parte, le nanogabbie legate con oro sono chimicamente e termicamente stabili (ad esempio, resistono ore di bollitura in acqua). D'altra parte, però, i legami d'oro sono sensibili ad un aumento dell'acidità. Con il suo aumento, la nanogabbia può essere decomposta in modo controllato e il contenuto può essere rilasciato nell'ambiente. Poiché l'acidità all'interno delle cellule è maggiore di quella esterna, le nanogabbie legate all'oro sono ideali per le applicazioni biomediche.

La nanogabbia 'impossibile' è la presentazione di un approccio qualitativamente nuovo alla costruzione di gabbie molecolari, con atomi d'oro nel ruolo di fermagli sciolti. La flessibilità dimostrata dei legami d'oro consentirà in futuro di creare nanogabbie con dimensioni e caratteristiche precisamente adattate alle esigenze specifiche.