Chemici van het Tokyo Tech's Laboratory for Chemistry and Life Science hebben een capsulevormige synthetische receptor ontworpen en ontwikkeld die onderscheid kan maken tussen mannelijke en vrouwelijke steroïde hormonen. Namelijk, de receptor vertoont een ongewoon hoge bindingsaffiniteit voor androgene mannelijke hormonen in water.

Vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , hun prestatie is een goed voorbeeld van biomimetisch ontwerp - het creëren van systemen die ideeën uit de natuur nabootsen. "Natuurlijke biologische receptoren kunnen kleine structurele verschillen tussen mannelijke en vrouwelijke steroïde hormonen herkennen met behulp van hun eiwitpockets, ", zeggen de auteurs. "Echter, het was tot nu toe een uitdaging om deze functie kunstmatig na te bootsen."

De sleutel tot hun doorbraak was het unieke ontwerp van de holte (die de natuurlijke zak nabootst maar onnatuurlijke componenten gebruikt) in de receptor. Deze holte, omringd door polyaromatische raamwerken die bij elkaar worden gehouden door metaalionen, stelde de receptor in staat om te werken als een semi-rigide container - een die flexibel genoeg is om de vorm van het hormoon aan te vullen en om effectieve bindingsinteracties te induceren.

De studie, onder leiding van Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina en medewerkers, is een voortzetting van het eerdere werk van het team aan het ontwikkelen van innovatieve nanocapsules voor een breed scala aan biosensing-toepassingen op medisch en milieugebied.

Hun experimenten toonden aan dat de synthetische receptor bij voorkeur steroïde geslachtshormonen bindt in een volgorde die vergelijkbaar is met natuurlijke androgeenreceptoren, beginnend met mannelijke hormonen zoals testosteron en androsteron, gevolgd door vrouwelijke hormonen zoals progesteron en bèta-estradiol. Wanneer geplaatst in een mengsel van mannelijke en vrouwelijke hormonen gesuspendeerd in een waterige oplossing bij 60 graden Celsius gedurende tien minuten, de receptor bond uitsluitend testosteron met meer dan 98% selectiviteit (zie figuur). Deze hoge selectiviteit werd zelfs bereikt wanneer het mengsel een grote overmaat aan vrouwelijke hormonen bevatte.

Met behulp van röntgenkristallografische analyse, de onderzoekers merkten op dat de bolvormige holte wordt vervormd tot een elliptische vorm bij inkapseling van testosteron. Ze zeggen dat deze conformationele verandering bijdraagt ​​aan de versterking van intermoleculaire interacties tussen de receptor en het hormoon.

Nog een stap verder gaan, het team bedacht een manier om de receptor te gebruiken om extreem kleine hoeveelheden van een mannelijk hormoon te detecteren. Ze maakten een receptor-kleurstofcomplex dat blauwgroene fluorescentie afgeeft zonder testosteron. Door een nanogram hoeveelheid testosteron toe te voegen, de fluorescentie nam aanzienlijk af bij de inkapseling, vertegenwoordigt een opmerkelijke nieuwe ultragevoelige detectiemethode.

"We voorzien dat onze synthetische receptor zal worden gebruikt voor de ontwikkeling van praktische, ultragevoelige analytische apparaten voor steroïde geslachtshormonen, variërend van medische hulpmiddelen tot dopingcontroles in de sport, in de nabije toekomst, ', zeggen de onderzoekers.