Een team onder leiding van de wetenschappers van Lawrence Livermore heeft een nieuw soort ionenkanaal gemaakt op basis van korte koolstofnanobuisjes. die kan worden ingebracht in synthetische dubbellagen en levende celmembranen om kleine poriën te vormen die water transporteren, protonen, kleine ionen en DNA.

Deze "porines" van koolstofnanobuisjes hebben belangrijke implicaties voor toekomstige toepassingen in de gezondheidszorg en bio-engineering. Nanobuisporins zouden uiteindelijk kunnen worden gebruikt om medicijnen aan het lichaam te leveren, dienen als basis voor nieuwe biosensoren en toepassingen voor DNA-sequencing, en worden gebruikt als componenten van synthetische cellen.

Onderzoekers zijn al lang geïnteresseerd in het ontwikkelen van synthetische analogen van biologische membraankanalen die een hoge efficiëntie en extreme selectiviteit kunnen nabootsen voor het transporteren van ionen en moleculen die typisch in natuurlijke systemen worden aangetroffen. Echter, deze inspanningen brachten altijd problemen met het werken met synthetische stoffen met zich mee en ze kwamen nooit overeen met de mogelijkheden van biologische eiwitten.

In tegenstelling tot het nemen van een pil die langzaam wordt opgenomen en aan het hele lichaam wordt afgegeven, koolstofnanobuisjes kunnen een exact te behandelen gebied aanwijzen zonder de andere organen in de buurt te beschadigen.

"Veel goede en efficiënte medicijnen die ziekten van het ene orgaan behandelen, zijn behoorlijk giftig voor het andere, " zei Aleksandr Noy, een LLNL-biofysicus die de studie leidde en de hoofdauteur is van het artikel dat verschijnt in het 30 oktober nummer van het tijdschrift, Natuur . "Dit is de reden waarom levering aan een bepaald deel van het lichaam en het alleen daar vrijgeven veel beter is."

Het Lawrence Livermore-team, samen met collega's van de Molecular Foundry van het Lawrence Berkeley National Laboratory, Universiteit van Californië Merced en Berkeley campussen, en de Universiteit van Baskenland in Spanje creëerden een nieuw type van een veel efficiëntere, biocompatibel membraanporiekanaal uit een koolstofnanobuis (CNT) - een stroachtig molecuul dat bestaat uit een opgerolde grafeenplaat.

Dit onderzoek toonde aan dat ondanks hun structurele eenvoud, CNT-porinen vertonen veel kenmerkend gedrag van natuurlijke ionkanalen:ze worden spontaan in de membranen ingebracht, schakelen tussen metastabiele geleidingstoestanden, en vertonen karakteristieke door macromoleculen geïnduceerde blokkades. Het team vond ook dat net als in de biologische kanalen, lokale kanaal- en membraanladingen zouden de ionengeleiding en ionselectiviteit van de CNT-porinen kunnen regelen.

"We ontdekten dat deze nanoporiën een veelbelovend biomimetisch platform zijn voor het ontwikkelen van celinterfaces, het bestuderen van transport in biologische kanalen, en het maken van biosensoren, " zei Noy. "We denken aan CNT-porins als een eerste echt veelzijdige synthetische nanoporie die een reeks toepassingen in de biologie en materiaalwetenschap kan creëren."

"Bij elkaar genomen, onze bevindingen stellen CNT-porins vast als een veelbelovend prototype van een synthetisch membraankanaal met inherente robuustheid voor biologische en chemische uitdagingen en uitzonderlijke biocompatibiliteit die waardevol zou moeten blijken voor bionanofluidische en cellulaire interfacetoepassingen, " zei Jia Geng, een postdoc die de eerste co-auteur van het artikel is.

Kyunghoon Kim, een postdoc en een andere co-auteur, toegevoegd:"We verwachten ook dat onze CNT-porins kunnen worden gemodificeerd met synthetische 'poorten' om hun selectiviteit drastisch te veranderen, het openen van spannende mogelijkheden voor hun gebruik in synthetische cellen, medicijnafgifte en biosensing."