Zespół naukowców kierowany przez Lawrence Livermore stworzył nowy rodzaj kanału jonowego. Jest on zbudowany z krótkich nanorurek węglowych. Mogą być wprowadzone do dwuwarstw błon w sztucznych i żywych komórkach. Posłużą do transportu wody, protonów, małych jonów czy DNA za pośrednictwem specjalnych porów.
Rys.1 Przykłady nanostruktur węglowych
Nanorurki węglowe mogą mieć znaczny wpływ na rozwój dalszych badań z zakresu medycyny czy bioinżynierii. Mogą zostać wykorzystane do dostarczania leków do ludzkiego ciała. Ponadto mogą posłużyć jako podstawa dla nowych biosensorów i sekwencjonowania DNA oraz jako składnik komórek syntetycznych.
Naukowcy od wielu lat są zainteresowani stworzeniem nowych analogów biologicznych kanałów jonowych. Dzięki temu udałoby się przenieść wysoką wydajność i selektywność procesu transportu cząsteczek i jonów, który obecnie występuje w systemach naturalnych. Prace te są jednak związane z licznymi problemami, ponieważ trudno jest przewidzieć odpowiedź białek biologicznych.
Tabletki są wolno wchłaniane w ludzkim organizmie, a ich zawartość jest rozprowadzana po całym ludzkim ciele. Stosując nanorurki węglowe można dokładnie określić obszar działania leku, a przy tym prowadzić terapię nie uszkadzając innych organów.
„Wiele dobrych i skutecznych leków zwalcza chorobę jednego narządu, wyniszczając przy tym inny,” powiedział Aleksandr Noy, biofizyk LLNL. Prowadził on badania w tym kierunku, które zostały opublikowane 30 października w czasopiśmie Nature. „Dostarczanie terapeutyków w określoną część organizmu jest lepszym i bezpieczniejszym rozwiązaniem,” stwierdził dalej Noy.
Zespół Lawrence Livermore wraz z kolegami z laboratoriów i uczelni na terenie Hiszpanii stworzył bardzo wydajną membranę. Jest ona biozgodna i zbudowana z kanału wypełnionego porami. Kanał ten wykonany jest z nanorurki węglowej (CNT). Jest to zwinięty odpowiednio arkusz grafenu, przypominający kształtem słomkę.
Badania wykazały, że pomimo prostoty budowy kanały z porami CNT wykazują wiele charakterystycznych zachowań naturalnych kanałów jonowych. Wymienić tu można między innymi spontaniczne wstawienie cząsteczki do membrany, przełączanie metastabilnych stanów przewodnictwa czy blokowanie wywołane za pośrednictwem makrocząsteczki. Zespół ponadto odkrył, że kanały CNT mogą kontrolować przewodność oraz selektywność jonową membran. Podobnie dzieje się w układach naturalnych.
„Okazało się, że związki te mogą być wykorzystane w tworzeniu interfejsów komórkowych, badaniu transportu w kanałach biologicznych oraz opracowywania biosensorów,” stwierdził Noy. „Myślimy, że te nanokanały mogą być pierwszymi wszechstronnymi nanoporami syntetycznymi. Mogą one stworzyć nową gamę zastosowań w biologii i inżynierii materiałowej,” powiedział jeszcze Noy.
Naukowcy twierdzą, że pory CNT mogą być obiecującym prototypem membran o wysokiej odporności na niekorzystne warunki biologiczne bądź chemiczne. Oczekują również, że dalszy rozwój tego zagadnienia przyniesie możliwość modyfikacji membran. Pozwoli to na pogłębienie selektywności tych kanałów. Stworzy to kolejny sposób podawania pacjentom leków i wzmocni ich biologiczne działanie.
Komentarz edytorski: Z nieukrywaną ciekawością śledzę postępy w badaniach nad nanostrukturami. W szczególności ciekawią mnie nowe pomysły na wykorzystanie grafenu. Jest on bardzo obiecującym materiałem ze względu na swoje właściwości – ultrapłaskość (rzędu jednego atomu), świetne przewodnictwo cieplne i elektryczne, duża ruchliwość elektronów i niezwykła odporność na rozciąganie. Urzekła mnie banalnie prosta idea stworzenia nanolejków czy nanosit, które można by wbudować w strukturę organizmu żywego zmieniając w ten sposób jego metabolizm. Zacząłem się zastanawiać czy nie można na stałe wyleczyć pewnych chorób, które wynikają z „błędów” w metabolizmie poprzez jednorazowe wprowadzenie nanostruktur z porami. Pory mogłyby zawierać konkretne grupy funkcyjne uniemożliwiające przejście niepożądanych cząsteczek albo reagujące z obecnymi w celu wytworzenia tych, które znajdują się w deficycie. Pomysł jest na razie tylko utopią, ale myślę, że powoli zbliżamy się do jego realizacji. Nie mam pojęcia czy moje hipotetyczne rozwiązanie jest realne czy nie, ale sądzę, że w niedalekiej przyszłości się tego dowiemy.
- Jia Geng, Kyunghoon Kim, Jianfei Zhang, Artur Escalada, Ramya Tunuguntla, Luis R. Comolli, Frances I. Allen, Anna V. Shnyrova, Kang Rae Cho, Dayannara Munoz, Y. Morris Wang, Costas P. Grigoropoulos, Caroline M. Ajo-Franklin, Vadim A. Frolov, Aleksandr Noy.Stochastic transport through carbon nanotubes in lipid bilayers and live cell membranes. Nature, 2014; 514 (7524): 612 DOI:1038/nature13817
- http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141029145638.htm
Opracował: Karol Madejczyk
Korekta: Maciej Bielak-Wolanin
