Como as vacinações COVID-19 estão bem encaminhadas, as pessoas esperam um retorno à vida normal. Contudo, os medos também aumentam devido a efeitos colaterais imprevistos, como a rara trombose. No corpo, a vida é mantida pelo movimento de substâncias ou energia. As reações químicas são reguladas pela presença de organelas, ou estruturas centrais de células, que acomodam enzimas ou cofatores específicos. Um nanorreator com a atividade de um catalisador sintético, como uma organela artificial que imita uma célula, e as propriedades de uma enzima, cria uma plataforma para sintetizar seletivamente moléculas bioativas enantioméricas naturais que podem responder a patógenos no corpo. Contudo, até agora, um nanorreator com as funções de um catalisador sintético e uma enzima para tal plataforma não foi relatado.

Para este fim, uma equipe de pesquisa da POSTECH sintetizou recentemente uma nanoestrutura quimioenzimática que pode sintetizar seletivamente um enantiômero enquanto age como uma organela artificial na célula.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor In Su Lee, Professor de pesquisa Amit Kumar, e Ph.D. O candidato Seonock Kim, do Departamento de Química da POSTECH, conseguiu projetar uma nanoestrutura de sílica (SiJAR) como uma organela artificial para a síntese seletiva de enantiômeros nas células. Este achado da pesquisa foi selecionado como capa de Angewandte Chemie , e publicado online em 21 de junho, 2021.

A primeira consideração ao projetar nanoestruturas para aplicações intracelulares é co-localizar de forma estável e manter a superfície reativa dos nanocristais catalíticos enquanto protege a enzima da inativação. Até agora, a catálise de nanoestruturas ocas inspiradas na natureza que acomodam nanocristais catalíticos ou enzimas, ou ambos, só foi provado experimentalmente e não foi demonstrado em organismos vivos. Isso ocorre porque as nanoestruturas fechadas microporosas restringem a entrada e a colocalização de nanocristais catalíticos e biomoléculas de grande porte.

A equipe de pesquisa sintetizou SiJARs redondos em forma de jarra com tampas de silicato metálico quimio-responsivas, modificando a composição química de uma seção no reator usando química de conversão térmica controlada espaço-temporal. Devido à configuração dividida do SiJAR, diferentes metais nobres catalíticos (Pt, Pd, Ru) foram modificados seletivamente na seção da tampa por reações galvânicas. Subseqüentemente, a tampa foi aberta sob condições ácidas moderadas ou um ambiente intracelular, criando uma passagem ampla para dentro do casco, enquanto desloca o catalisador de metal residual da tampa para dentro. Esta estrutura aberta acomoda grandes enzimas, facilitando assim o encapsulamento.

O nanorreator sintetizado neste estudo é composto de sílica com alta biocompatibilidade e pela proteção de nanocristais catalíticos ou grandes biomoléculas em um compartimento de sílica de boca aberta, realizou reação aldólica assimétrica com alta enantiosseletividade por meio de uma estabilização de estado de transição cooperativa enzima-metal. Além disso, os pesquisadores confirmaram que ele funciona como uma organela catalítica artificial, realizando de forma estável a reação dentro das células vivas.

O nanodispositivo quimioenzimático híbrido, personalizável por meio dessa sofisticada estratégia de conversão de estado sólido, tem uma estrutura e função semelhantes às das organelas intracelulares, e pode ser utilizado para sintetizar terapias ativas e sondas de bioimagem localmente dentro das células para serem adequadas para uso em bioimagem e tratamento de próxima geração.

"Com os resultados desta pesquisa usando as únicas Reações Químicas Confinadas por Nanospace (NCCR), estamos ansiosos para desenvolver a tecnologia que regula artificialmente as funções celulares, "comentou o professor In Su Lee, que conduziu o estudo.