Geneste structuren worden vaak gevonden in de natuur en in de kunst, of ze nu in de vorm van boomringen zijn, Russische poppen, of Wassily Kandinsky's beroemde abstracte schilderij uit 1913 Kleurstudie:vierkanten met concentrische cirkels. Nu in een nieuwe studie, scheikundigen hebben gigantische geneste supramoleculen of 'supramoleculaire Kandinsky-cirkels' geconstrueerd, " waarvan sommige meer dan 30, 000 keer zwaarder dan een waterstofatoom. De wetenschappers tonen aan dat deze supramoleculen zeer toxisch zijn tot methicilline-resistent Staphylococcus aureus (MRSA), mogelijk een nieuwe methode bieden om deze dodelijke ziekteverwekkers te bestrijden.

De onderzoekers, Heng Wang, Xiamine Qian, en hun co-auteurs aan universiteiten in China en de VS, hebben een artikel gepubliceerd over de antimicrobiële supramoleculaire Kandinsky-kringen in een recent nummer van Natuur Communicatie.

"Biomaterialen op basis van supramoleculaire Kandinsky-cirkels effenen een nieuwe weg naar de ontwikkeling van een nieuwe generatie antibiotica met nieuwe mechanismen door de vorming van ongekende transmembraankanalen met verschillende poriegroottes, " vertelde co-auteur Xiaopeng Li aan de Universiteit van Zuid-Florida: Phys.org .

Hoewel ze supramoleculaire Kandinsky-cirkels worden genoemd, de supramoleculen zijn samengesteld uit geneste zeshoeken in plaats van cirkels, waardoor ze het uiterlijk van moleculaire spinnenwebben krijgen. Het construeren van geneste supramoleculaire structuren was een enorme uitdaging, die de onderzoekers hier aanpakken door gebruik te maken van coördinatiegestuurde zelfassemblage. Bij deze methode, de supramoleculen zijn samengesteld uit coördinatiecomplexen, die bestaan ​​uit een centraal metaalion omgeven door organische liganden die vertakken om de vorming van meerdere 2D-lagen van geneste zeshoeken mogelijk te maken.

Bij het observeren van deze supramoleculaire structuren met verschillende beeldvormingstechnologieën, de onderzoekers ontdekten dat ze een sterke neiging hebben om op te krullen in buisvormige nanostructuren. Mede om deze reden, samen met de resultaten van eerder onderzoek, de wetenschappers vermoedden dat de nieuwe supramoleculen antimicrobiële eigenschappen zouden kunnen hebben. Ze testten de supramoleculen op twee soorten bacteriën, MRSA en E coli , en ontdekte dat de supramoleculen zeer toxisch waren voor MRSA, maar niet in staat waren om te remmen E coli . Dit komt waarschijnlijk door het verschil in de celwanden: E coli , wat Gram-negatief is, heeft zowel een binnen- als een buitenmembraan, terwijl MRSA, wat Gram-positief is, heeft alleen een binnenmembraan en is dus gevoeliger voor de supramoleculen.

Experimenten toonden aan dat het antibacteriële mechanisme van de supramoleculen voortkomt uit de geneste zeshoekige structuur, die in een buis krult, doordringt het binnenste membraan, en verschaft een kanaal waardoor het cytoplasma van de bacteriecel naar buiten lekt. Na een paar uur, het lekken van de cytoplasmatische inhoud resulteert in celdood. Anderzijds, de supramoleculen vertonen een verwaarloosbare toxiciteit voor rode bloedcellen, die de onderzoekers toeschrijven aan een zwakkere elektrostatische aantrekkingskracht tussen de oppervlakken van de supramoleculen en deze cellen, vergeleken met het oppervlak van de supramoleculen en de bacteriën.

In de toekomst, de supramoleculaire Kandinsky-kringen kunnen een nieuwe verdedigingsstrategie tegen MRSA bieden, met mogelijke voordelen, waaronder het voorkomen dat de bacteriën antibioticaresistentie ontwikkelen, evenals het verminderen van de toxiciteit voor menselijke cellen. Dit komt omdat de supramoleculen lage minimale remmende concentraties (MIC's) hebben, wat betekent dat er minder nodig is om bacteriegroei te remmen, vergeleken met sommige andere antimicrobiële middelen. Een mogelijkheid is om de supramoleculen te combineren met bestaande antibiotica om deze voordelen te realiseren. Voor die tijd, de onderzoekers zijn van plan om verdere verbeteringen aan de supramoleculen aan te brengen.

"We zullen de oplosbaarheid in water van de Kandinsky-cirkels verhogen om hun antibacteriële activiteit verder te verbeteren, ' zei Li.

© 2018 Fys.org