Dois artigos recentes do Professor James Sterling e Shenda Baker do Keck Graduate Institute (KGI), Presidente e COO da Synedgen, descrever como os íons interagem com os glicanos da superfície da mucosa para garantir a saúde.

A importância dos íons, ou eletrólitos, na saúde humana é bem conhecido, mas o papel exato que esses íons desempenham na biologia é mais complicado do que se pensava anteriormente. Açúcares complexos conhecidos como glicanos, que revestem as superfícies das células e superfícies mucosas, são algumas das moléculas mais carregadas negativamente na biologia. Em nosso nariz, garganta, olhos, pulmões, e trato GI, essas superfícies desempenham um papel importante na proteção do corpo da invasão de patógenos e exposição ao meio ambiente.

O artigo "A Continuum Model of Mucosa with Glycan-Ion Pairing, "foi publicado em 15 de janeiro na revista Teoria Macromolecular e Simulações .

"O papel do emparelhamento de íons nas superfícies das células tem implicações importantes para a entrega de drogas, por isso, estamos trabalhando com a professora assistente Kiana Aran da KGI para melhorar a administração de medicamentos às mucosas, "Sterling diz." Da mesma forma, a interação de toxinas com células está sob investigação com o professor assistente da KGI, Mikhail Martchenko, em seu trabalho de laboratório sobre peptídeos formadores de poros. "

Enquanto as cargas positivas e negativas são atraídas uma pela outra, dois íons diferentes (digamos, sódio e potássio) com a mesma carga não interagem da mesma forma com o mesmo íon negativo, e a natureza dessas diferenças é chamada de liotropia.

"A principal implicação dessas diferenças sutis é que os glicanos interagem de maneiras únicas com cada tipo de íon, "diz Sterling." Diferenças específicas na forma como os íons se emparelham com os contra-íons podem causar grandes mudanças no potencial elétrico e na espessura da camada protetora nas células que impedem a adesão e invasão do patógeno. Existe uma interação complexa entre atração e repulsão à medida que as cargas se movem em resposta uma à outra, positivo e negativo. Surpreendentemente, as estruturas da superfície podem ser muito diferentes para íons diferentes, mesmo que o mesmo número de íons esteja presente. "

Em superfícies mucosas, como o pulmão, o muco é composto de polieletrólitos carregados negativamente, chamados mucinas, que são muito sensíveis às mudanças de íons. Em pacientes com fibrose cística, por exemplo, o defeito genético no gene CFTR reduz o transporte de íons, o que torna o muco espesso e viscoso. Baker e Sterling descrevem como a espessura da camada mucosa e seu potencial elétrico são modificados por mudanças no tipo de íon (carboxilatos ou sulfatos nas mucinas).

"A compreensão de como cada tipo de íon afeta a estrutura, potencial elétrico, e o comportamento dos fluidos das camadas da superfície das vias aéreas no pulmão tem implicações diretas para a concepção de alvos de drogas que influenciam o comportamento pulmonar, "observa Baker.

O artigo contempla as interações iônicas e potenciais elétricos em uma variedade de hidrogéis e superfícies celulares biologicamente importantes, e incorpora interações íon-íon específicas para cada tipo de par de íons. Este trabalho segue uma publicação de 2017 pelos Drs. Baker e Sterling em Colloid and Interface Science Communications , intitulado "Equilíbrio eletro-liotrópico e a utilidade das constantes de dissociação de pares de íons, "estabelecendo a viabilidade desses modelos para determinação da estrutura do biohidrogel.

O Professor Sterling também apresentou aspectos deste trabalho no 13º Retiro Anual de Pesquisa da KGI em 12 de janeiro. Sua apresentação pode ser vista através do seguinte link:Partitioning and Pairing in Biology.