Het is al lang bekend dat goud kan worden gebruikt om dingen te doen waar filosofen nooit van hebben gedroomd. Het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen in Krakau heeft het bestaan ​​van 'goudlijm' bevestigd:bindingen met goudatomen, in staat om eiwitringen permanent te binden. Vakkundig gebruikt door een internationaal team van wetenschappers, de bindingen hebben het mogelijk gemaakt om moleculaire nanokooien te construeren met een structuur die tot nu toe ongeëvenaard is in de natuur of zelfs in de wiskunde.

De wereld van de wetenschap is al jaren geïnteresseerd in moleculaire kooien. Niet zonder reden. Chemische moleculen, inclusief die welke onder normale omstandigheden chemische reacties zouden aangaan, kunnen worden ingesloten in hun lege interieurs. De deeltjes van de ingesloten verbinding, gescheiden door de wanden van de kooi van de omgeving, niets mee te maken hebben. Deze kooien kunnen dus gebruikt worden, bijvoorbeeld, om drugs veilig in een kankercel te vervoeren, het medicijn alleen vrijgeven als ze erin zitten.

Moleculaire kooien zijn veelvlakken die bestaan ​​uit kleinere 'stenen', meestal eiwitmoleculen. De stenen mogen geen enkele vorm hebben. Bijvoorbeeld, als we een moleculair veelvlak willen bouwen met alleen objecten met de omtrek van een gelijkzijdige driehoek, geometrie zou ons beperken tot slechts drie vaste figuren:een tetraëder, een octaëder of een icosaëder. Tot dusver, er zijn geen andere structurele mogelijkheden geweest.

"Gelukkig, Platonisch idealisme is geen dogma van de fysieke wereld. Als u bepaalde onnauwkeurigheden accepteert in de solide figuur die wordt geconstrueerd, je kunt structuren maken met vormen die niet in de natuur voorkomen, Bovendien, met zeer interessante eigenschappen, " zegt Dr. Tomasz Wrobel van het Cracow Institute of Nuclear Physics van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN).

Dr. Wrobel is een van de leden van een internationaal team van onderzoekers die onlangs het 'onmogelijke' hebben uitgevoerd:ze bouwden een kooi die qua vorm lijkt op een bol van elfwandige eiwitten. De belangrijkste auteurs van dit spectaculaire succes zijn wetenschappers van de groep van prof. Jonathan Heddle van het Malopolska Biotechnology Center van de Jagiellonian University in Krakau en het Japanse RIKEN Institute in Wako. Het werk beschreven in Natuur vond plaats met deelname van onderzoekers van universiteiten in Osaka en Tsukuba (Japan), Durham (Groot-Brittannië), Waterloo (Canada) en andere onderzoekscentra.

Elk van de wanden van de nieuwe nanokooien werd gevormd door een eiwitring waaruit met regelmatige tussenpozen elf cysteïnemoleculen staken. Het was aan het zwavelatoom dat in elk cysteïnemolecuul zit dat de 'lijm', d.w.z. het goudatoom, was gepland om te worden gehecht. Onder de juiste omstandigheden, het kan binden met nog een zwavelatoom, in de cysteïne van een volgende ring. Op deze manier zou er een permanente chemische binding worden gevormd tussen de twee ringen. Maar zou het goudatoom onder deze omstandigheden echt een binding tussen de ringen kunnen vormen?

"In het Spectroscopic Imaging Laboratory van IFJ PAS gebruikten we Raman-spectroscopie en röntgenfoto-elektronspectroscopie om aan te tonen dat in de monsters die ons werden verstrekt met de testnanokooien, het goud vormde echt bindingen met zwavelatomen in cysteïnes. Met andere woorden, in een moeilijke, directe meting, we hebben bewezen dat gouden 'lijm' voor het hechten van eiwitringen in kooien echt bestaat, " legt Dr. Wrobel uit.

Elk goudatoom kan worden behandeld als een op zichzelf staande clip die het mogelijk maakt om een ​​andere ring te bevestigen. De weg naar het 'onmogelijke' begint wanneer we ons realiseren dat we niet altijd alle clips hoeven te gebruiken! Dus, hoewel alle ringen van de nieuwe nanokooien fysiek hetzelfde zijn, afhankelijk van hun plaats in de structuur verbinden ze zich met hun buren met een ander aantal goudatomen, en dus functioneren als veelhoeken met verschillende aantallen hoekpunten. 24 nanocage-wanden die door de onderzoekers werden gepresenteerd, werden bij elkaar gehouden door 120 goudatomen. De buitendiameter van de kooien was 22 nanometer en de binnendiameter was 16 nm.

Het gebruik van goudatomen als bindmiddel voor nanokooien is ook belangrijk vanwege de mogelijke toepassingen. In eerdere moleculaire structuren, eiwitten werden aan elkaar gelijmd met behulp van veel zwakke chemische bindingen. De complexiteit van de bindingen en hun gelijkenis met de bindingen die verantwoordelijk zijn voor het bestaan ​​van de eiwitringen zelf maakten geen nauwkeurige controle mogelijk over de ontbinding van de kooien. In de nieuwe structuren is dit niet het geval. Aan de ene kant, goudgebonden nanokooien zijn chemisch en thermisch stabiel (bijvoorbeeld ze zijn bestand tegen urenlang koken in water). Anderzijds, echter, goudbindingen zijn gevoelig voor een toename van de zuurgraad. Door zijn toename, de nanokooi kan gecontroleerd worden afgebroken en de inhoud kan in het milieu terechtkomen. Omdat de zuurgraad binnen cellen groter is dan daarbuiten, goudgebonden nanokooien zijn ideaal voor biomedische toepassingen.

De 'onmogelijke' nanokooi is de presentatie van een kwalitatief nieuwe benadering van de constructie van moleculaire kooien, met goudatomen in de rol van losse clips. De aangetoonde flexibiliteit van de goudobligaties zal het in de toekomst mogelijk maken om nanokooien te maken met afmetingen en functies die precies zijn afgestemd op specifieke behoeften.