Uitwisseling van jodide (jodium-ionen) tussen bloedbaan en cellen is cruciaal voor de gezondheid van verschillende organen en het slecht functioneren ervan is gekoppeld aan struma, hypo- en hyperthyreoïdie, borstkanker, en maagkanker. Onderzoekers van het Centrum voor Zelfassemblage en Complexiteit, hebben binnen het Institute for Basic Science (IBS) nanostructuren bedacht die fungeren als kanalen voor jodidetransport in celmembranen. Deze studie, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ), kan leiden tot diagnose en behandeling van jodidetransportstoornissen.

Een eiwit dat bekend staat als een natrium/jodide symporter (NIS) medieert het transport van jodide uit de bloedbaan naar schildkliercellen en andere weefsels, inclusief borstklieren tijdens borstvoeding, kankerachtige borstweefsels, en traanklieren. NIS is een holle structuur die de hoogte van het celmembraan overspant waardoor jodide in de cellen kan komen.

IBS-wetenschappers ontwikkelden synthetische ionenkanalen die selectief de doorgang van negatief geladen ionen mogelijk maken, vooral jodiden. Met een diameter van 3,64 nm en de juiste chemische eigenschappen, deze kanalen worden porfyrineboxen 1A (PB-1A) genoemd, passen in het celmembraan.

PB-1A heeft de vorm van een 26-vlaks veelvlak gemaakt van driehoeken en vierkanten, rhombicuboctaëder genoemd door Archimedes. Twee soorten moleculen vormen 14 vlakken van de vaste stof, terwijl de andere vlakken leeg worden gelaten zodat de ionen er doorheen kunnen.

PB-1A heeft het voordeel dat het chemisch stabiel is in waterige oplossing en in het celmembraan. IBS-wetenschappers ontdekten dat PB-1A zichzelf van nature in het celmembraan invoegt, is functioneel als een ionkanaal, en niet giftig voor cellen.

Het team merkte op dat verschillende soorten negatief geladen ionen door PB-1A kunnen gaan, maar sommigen kunnen het beter dan anderen. Bijvoorbeeld:jodide-overdracht ongeveer 60 keer efficiënter dan chloride, het meest voorkomende biologisch negatief geladen ion, dat is twee keer selectiever dan eerder gerapporteerde kanalen. Het team merkte op dat verschillende soorten negatief geladen ionen door PB-1A kunnen gaan, maar sommigen kunnen het beter dan anderen. Bijvoorbeeld:jodide transporteert ongeveer 60 keer efficiënter dan chloride, het meest voorkomende biologisch negatief geladen ion, die twee keer selectiever is dan eerder gerapporteerde kanalen. Dit verschil in efficiëntie houdt verband met de watermoleculen die de ionen omringen en de energie die nodig is om ze eruit te trekken, d.w.z. het is gemakkelijker voor jodide om deze watermoleculen te verwijderen als het door het kanaal gaat, wat de doorgang vergemakkelijkt.

Het ontwerpen van kanalen met een hoge selectiviteit voor specifieke ionen is geen triviale taak. "We zijn enthousiast over deze bevindingen, omdat in vergelijking met studies over chloridekanalen en kanalen die positief geladen ionen transporteren, Jodide-selectieve kunstmatige kanalen zijn de afgelopen tien jaar zelden gemeld. Bovendien, kanalen die de functies van NIS nabootsen zijn erg interessant, omdat ze mogelijk schildklier- en niet-schildklierkanker kunnen behandelen, " wijst Dr. ROH Joon Ho aan, een van de corresponderende auteurs van deze studie.