Een studie door wetenschappers van het Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), de Universidad Complutense (UCM), Universidad de Girona (UdG), en het Instituut voor Bio-engineering van Catalonië (IBEC), samenwerken met andere internationale centra, heeft een van de belangrijkste hindernissen overwonnen voor het gebruik van nanorobots aangedreven door lipasen, enzymen die een essentiële rol spelen bij de spijsvertering door vetten in voedingsmiddelen af ​​te breken zodat ze kunnen worden opgenomen.

De studie werd gecoördineerd door Marco Filice van de CNIC Microscopy and Dynamic Imaging Unit - onderdeel van de ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) - hoogleraar aan de Pharmacy Faculty (UCM) en ICREA Research Professor Samuel Sánchez van de IBEC. Het artikel, gepubliceerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie , beschrijft een tool voor het moduleren van motoren aangedreven door enzymen, het verbreden van hun potentiële biomedische en milieutoepassingen.

Micro-organismen kunnen door complexe omgevingen zwemmen, reageren op hun omgeving, en organiseren zich autonoom. Geïnspireerd door deze vaardigheden, in de afgelopen 20 jaar zijn wetenschappers erin geslaagd deze kleine zwemmers kunstmatig te repliceren, eerst op macro-microschaal en daarna op nanoschaal, vinden van toepassingen in milieusanering en biogeneeskunde.

"De snelheid, draagvermogen, en het gemak van oppervlaktefunctionalisering van micro- en nanomotoren heeft ertoe geleid dat recente onderzoeksvooruitgangen deze apparaten hebben omgezet in veelbelovende instrumenten voor het oplossen van veel biomedische problemen. Echter, een belangrijke uitdaging voor het bredere gebruik van deze nanorobots is het kiezen van een geschikte motor om ze voort te stuwen, ", legde Sánchez uit.

In de afgelopen 5 jaar, de IBEC-groep is een pionier in het gebruik van enzymen om de voortstuwingskracht voor nanomotoren te genereren. "Biokatalytische nanomotoren gebruiken biologische enzymen om chemische energie om te zetten in mechanische kracht, en deze aanpak heeft grote belangstelling gewekt in het veld, met urease, katalase, en glucose-oxidase behoren tot de meest voorkomende keuzes om deze kleine motoren aan te drijven, ' zei Sanchez.

De CNIC-groep is een leider in de structurele manipulatie en immobilisatie van lipase-enzymen op het oppervlak van verschillende nanomaterialen. Lipasen zijn uitstekende nanomotorcomponenten omdat hun katalytische mechanisme grote conformationele veranderingen met zich meebrengt tussen een open, actieve vorm en een gesloten,

"In dit project, we hebben het effect onderzocht van het moduleren van de katalytische activiteit van lipase-enzymen om op silicium gebaseerde nanodeeltjes voort te stuwen, ’ legde Filice uit.

Naast de 3-dimensionale conformatie van het enzym, het team onderzocht ook hoe het regelen van de oriëntatie van het enzym tijdens zijn immobilisatie op het nanomotoroppervlak de katalytische activiteit en dus de voortstuwing van de nanorobots beïnvloedt.

De onderzoekers hebben het oppervlak van silicium nanodeeltjes chemisch gemodificeerd om drie specifieke combinaties van lipase conformaties en oriëntaties te genereren tijdens immobilisatie:1) open conformatie plus gecontroleerde oriëntatie; 2) gesloten conformatie plus ongecontroleerde oriëntatie; 3) een situatie tussen 1 en 2.

Het team analyseerde de drie soorten nanorobots met spectroscopische technieken, testen om katalytische parameters gerelateerd aan enzymactiviteit te beoordelen, Dynamische moleculaire simulaties (uitgevoerd door het team van professor Silvia Osuna bij UdG), en direct volgen van individuele nanomotortrajecten door microscopietechnieken. "De resultaten tonen aan dat het combineren van een open enzymconformatie met een specifieke oriëntatie op de nanomotor van cruciaal belang is voor het bereiken van gecontroleerde voortstuwing."