Onderzoekers van A*STAR's Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN) hebben met succes een unieke familie van porievormende monopeptiden ontwikkeld op basis van een enkel aminozuur. Andere porievormende peptiden bestaan ​​typisch uit maximaal vijftig aminozuren. Het onderzoeksteam, geleid door IBN-teamleider en hoofdonderzoeker dr. Huaqiang Zeng, heeft een nieuw paradigma gecreëerd voor het efficiënte transport van belangrijke ionen door celmembranen. Dit heeft het potentieel om ziekten aan te pakken waarbij dit soort ionentransport niet goed werkt, zoals cystische fibrose.

Poriënvormende peptiden vormen kanalen door celmembranen voor het transport van ionen zoals chloriden en jodiden in en uit een cel. De vorming van deze kanalen is cruciaal voor de precieze regulatie van de fysiologische processen van ons lichaam, cellulaire afweer en immuunreacties. Patiënten met cystische fibrose lijden aan een defect gen dat het transport van dergelijke ionen vermindert, waardoor de slijmlaag in de longen uitdroogt. Dit resulteert in een opeenhoping van dik en stroperig slijm dat ademhalingsmoeilijkheden veroorzaakt.

De IBN-onderzoekers richtten zich op het bestuderen van kunstmatige porievormende monopeptiden op basis van een enkel aminozuur. Deze kunnen kanalen vormen met een poriegrootte kleiner dan 1,0 nm in diameter, terwijl ze in staat blijven om negatief geladen ionen te transporteren, inclusief chloride, efficiënt over het membraan. Het ontwerpen van kunstmatige ionkanalen is een gebied van toenemend belang, in het bijzonder kanalen die zichzelf op een gecontroleerde manier kunnen samenstellen uit eenvoudige moleculaire voorlopers. Veel huidige systemen maken gebruik van complexe, componenten met hoog molecuulgewicht, die hun potentieel voor toekomstige therapeutische toepassingen aanzienlijk beperken. Deze unieke doorbraak is een van de meest opwindende ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige ionenkanalen in de afgelopen jaren. Het biedt kansen om nieuwe, op kleine moleculen gebaseerde kunstmatige ionenkanalen te ontwerpen die kunnen resulteren in betere therapieën voor disfuncties van ionkanalen, en antibacteriële of antikankermiddelen.

Dr. Ichiro Hirao, Voor uitvoerend directeur van IBN, zei, "Het IBN-onderzoeksteam bestudeerde oorspronkelijk ionentransporterende moleculen die zijn ontworpen om te functioneren als gelatoren om olielozingen in water samen te voegen. Hierdoor, ze ontdekten dat een van de gelators significant giftig was, waardoor ze gaan onderzoeken of het molecuul zichzelf kan assembleren tot een porieachtige structuur in het celmembraan en een onbalans van ionen kan veroorzaken. Deze hypothese bleek waar te zijn en leidde tot een geheel nieuw principe van het moleculaire ontwerp van ionenkanalen."

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society op 21 juni 2018.