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(Noticias de Nanowerk) Intrigados por las propiedades de las proteínas de los canales iónicos comúnmente observadas en las células, los investigadores de Tokyo Tech han desarrollado el primer canal de potasio mecanosensible sintético utilizando un ciclofano anfifílico aromático fluorado recientemente desarrollado. Su nuevo canal iónico, que muestra capacidades tanto de «respuesta al estímulo» como de «transporte selectivo de iones», podría abrir nuevas puertas para la futura utilización terapéutica e industrial de canales mecanosensibles sintéticos.
La naturaleza inspira a las personas de muchas maneras. Tomemos, por ejemplo, las proteínas del canal de transporte de iones sensibles a estímulos. Estas proteínas están incrustadas en las membranas celulares y responden a una variedad de estímulos externos, como la luz, el pH y la fuerza mecánica. Dadas sus funciones críticas en múltiples procesos biológicos, los investigadores han intentado sintetizar las versiones artificiales de estas proteínas de canal para su uso en entornos terapéuticos e industriales. Sin embargo, el éxito en su síntesis fue difícil de alcanzar. Los requisitos estructurales complejos para la capacidad de respuesta al estímulo y las propiedades específicas de transporte de iones se han identificado como un obstáculo importante en su síntesis.
Para superar estas dificultades, los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dirigidos por el profesor asistente Kohei Sato y el profesor titular Kazushi Kinbara, desarrollaron recientemente el primer canal sintético mecanosensible (que responde a la fuerza mecánica) con selectividad de iones de potasio. Tus resultados serán publicados en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense («Canal de potasio supramolecular mecanosensible formado por ciclofano anfifílico fluorado»).
Hablando del estudio, el profesor asistente Sato y el profesor Kinbara, afiliados a la Escuela de Ciencias de la Vida y Tecnología del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dicen: «Basado en nuestra experiencia en el diseño de anfífilos multibloque que son autónomos ensamblando canales de iones supramoleculares, planteamos la hipótesis de que los anfífilos lineales no eran adecuados para transportar iones específicos; Por lo tanto, intentamos realizar modificaciones estructurales para integrar tanto la capacidad de respuesta al estímulo como la selectividad de iones”.
Como lo menciona el Asistente. Prof. Sato y Prof. Kinbara, los investigadores optimizaron la estructura de una molécula orgánica compleja conocida como anfífilo multibloque para incorporar un resto aromático perfluorado. La estructura resultante, un ciclofano anfifílico fluorado, contenía restos de oligo(fenileno-etinileno) perfluorados hidrófobos y enlazadores de octa(etilenglicol) hidrófilos. Los investigadores también diseñaron un ciclofano anfifílico parcialmente fluorado y uno no fluorado para estudiar los efectos de la fluoración aromática.
La microscopía mostró que tanto el ciclofano perfluorado, denominado CFFy el ciclofano parcialmente fluorado llamado CFH, podría incorporarse a la membrana de la bicapa lipídica, mientras que el ciclofano no fluorado no podría. Luego, los investigadores analizaron la propiedad de transporte de iones, la capacidad de respuesta al estímulo y la selectividad de los iones de potasio de CFF y CFH mediante mediciones de conductividad, ensayos de fluorescencia y estudios informáticos. Encontraron que tanto CFF y CFH autoensamblado en la membrana bicapa para formar canales iónicos supramoleculares. Además, el flujo de corriente a través de la membrana confirmó la propiedad de transporte de iones transmembrana tanto de CFF y CFHmás eficiente y pronunciado en CFF.
Los cambios en el flujo de corriente tras la aplicación de un voltaje de membrana confirmaron aún más la respuesta al estímulo de la CFF y CFH. La propiedad de transporte de iones de CFF se vio significativamente afectado, mientras que C no cambió significativamenteFH. Ayuda. El Prof. Sato, el Prof. Kinbara y su equipo atribuyen estas variaciones a las diferentes interacciones de las unidades aromáticas de CFH y CFF dentro de la membrana.
Finalmente, la prueba de fluorescencia mostró la mayor permeabilidad de CFF para los iones de potasio en comparación con otros cationes de metales alcalinos. El equipo descubrió que la mayor afinidad de los iones de potasio por los átomos de flúor en el núcleo de la estructura era responsable de este fenómeno.
Al comentar sobre estos hallazgos, el profesor asistente Sato y el profesor Kinbara afirman: «El hecho de que un canal iónico supramolecular generado por CFF poseer tal sensibilidad al estímulo y selectividad de iones de potasio no solo es intrigante sino también sorprendentemente similar a los canales mecanosensibles en las neuronas de los mamíferos”.
¡Con esta demostración, posibilidades como el desarrollo de terapias para enfermedades relacionadas con los canales iónicos, la manipulación de importantes procesos biológicos y el desarrollo de tecnologías de purificación de materiales industriales ya están a la vista!
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