Grupa prowadzona przez naukowców z Lawrence Livermore stworzyła nowy rodzaj kanału jonowego oparty na krótkich węglowych nanorurkach, które można wprowadzić do syntetycznych dwuwarstw i żywych błon komórkowych w celu stworzenia maleńkich porów transportujących wodę, protony, jony i DNA.

Wynalazek ten może mieć znaczące zastosowania w opiece zdrowotnej i bioinżynierii. Nanopory mogą być też wykorzystane do wprowadzania leków do organizmu, służyć jako fundamenty nowoczesnych biosensorów i aplikacji do sekwencjonowania DNA, a także jako komponenty syntetycznych komórek.

Naukowcy od dawna próbowali stworzyć syntetyczne odpowiedniki biologicznych kanałów w błonach komórkowej, które cechowałyby się tą samą efektywnością i selektywnością w transportowaniu jonów i molekuł typowych w naturalnych systemach. Jednak te wysiłki zawsze napotykały problemy wynikające z pracy z materiałami syntetycznymi i tworzone rozwiązania nigdy nie dorównywały możliwościom biologicznych protein.

W odróżnieniu od zażywania tabletek, które są wchłaniane powoli i rozprowadzane po całym organizmie, węglowe nanorurki są w stanie wyznaczyć precyzyjny obszar działania bez szkody dla innych organów dookoła.

"Wiele dobrych i efektywnych leków, które pomagają na choroby jednego organu jest dość toksycznych dla innych”, mówi Aleksandr Noy, biofizyk LLNL, który prowadził badania i jest starszym autorem artykułu w Nature z 30 października. „To dlatego dostarczania substancji w konkretne miejsce organizmu jest dużo lepsze i efektywniejsze.”

Ekipa Lawrence Livermore wraz z kolegami z Molecular Foundry Lawrence Berkeley National Laboratory, kampusów Merced i Berkeley na Uniwersytecie Kalifornijskim oraz University of Basque Country w Hiszpanii, stworzyła nowy, znacznie bardziej efektywny i biokompatybilny kanał błonowy z węglowych nanorurek (CNT- carbon nanotube). Molekuła kształtem przypomina rurkę, a utworzona jest ze zwiniętego arkusza grafenu.

Badania pokazały, że pomimo strukturalnej prostoty, CNT wykazują wiele właściwości charakterystycznych dla naturalnych kanałów jonowych- spontanicznie wpasowują się w błonę, przechodzą do różnych metastabilnych stanów konduktancji i mają charakterystyczne makromolekułowe blokady. Naukowcy odkryli także, że podobnie jak w kanałach biologicznych, lokalne ładunki kanałowe i błonowe mogą kontrolować przewodzenie i selektywność kanałów CNT.

“Odkryliśmy, że te nanopory są obiecującą biomimetyczną plaszczyzną do tworzenia interfejsów, badania transport w kanałach i tworzenia biosensorów”, mówi Noy. “Myślimy teraz o CNT jako naprawdę wszechstronnych nanoporach, które dają szeroką gamę aplikacji w biologii i materiałoznawstwie.”

“Podsumowując to wszystko, nasze odkrycia czynią z kanałów CNT obiecujący prototyp syntetycznych kanałów odpornych na wyzwania biologiczne i chemiczne oraz posiadających niezwykłą biokompatybilność, która okazać się może cenna w automatyce nanostrumieniowej i zastosowaniach interfejsowych”, mówi Jia Geng, postdoc i pierwsza współautorka artykułu.

Kyunghoon Kim, postdoc i inny współautor dodaje: "Oczekujemy także, że nasze pory CNT będą mogły zostać zmodyfikowane syntetycznymi “bramkami”, które zupełnie zmienią ich selektywność, otwierając tym samym nowe i ekscytujące możliwości do zastosowania ich w tworzeniu syntetycznych komórek, dystrybucji leków i biosensorach”.

Źródło: http://www.azonano.com/news.aspx?newsID=31405