Intrigados com as propriedades das proteínas do canal iônico comumente observadas nas células, os pesquisadores da Tokyo Tech desenvolveram o primeiro canal de potássio sintético mecanossensível usando um ciclofano anfifílico fluorado aromático recém-desenvolvido. Exibindo habilidades de "responsividade a estímulos" e "transporte seletivo de íons", seu novo canal iônico pode abrir novas portas para o futuro uso terapêutico e industrial de canais sintéticos mecanossensíveis.
A natureza inspira a humanidade de várias maneiras. Tomemos, por exemplo, proteínas de canal de transporte de íons "responsivas a estímulos". Essas proteínas são encontradas embutidas nas membranas celulares e respondem a uma variedade de estímulos externos, incluindo luz, pH e força mecânica. Dado seu papel crucial em vários processos biológicos, os pesquisadores tentaram sintetizar as versões artificiais dessas proteínas de canal para uso em ambientes terapêuticos e industriais. No entanto, o sucesso em sintetizá-los tem sido ilusório. Os requisitos estruturais complexos para resposta a estímulos e propriedades específicas de transporte de íons foram identificados como o principal impedimento em sua síntese.

Superando essas dificuldades, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), liderados pelo professor assistente Kohei Sato e pelo professor titular Kazushi Kinbara, desenvolveram recentemente o primeiro canal sintético mecanossensível (responsivo à força mecânica) com seletividade de íons de potássio. Suas descobertas são publicadas no Journal of the American Chemical Society .

Falando sobre o estudo, Assist. O Prof. Sato e o Prof. Kinbara, afiliados à Escola de Ciências da Vida e Tecnologia do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), dizem:"Com nossa experiência em projetar anfífilos multibloco que se automontam para formar canais iônicos supramoleculares, levantamos a hipótese de que os anfífilos lineares não eram adequados para o transporte de íons específicos; portanto, tentamos modificações estruturais para incorporar tanto a capacidade de resposta aos estímulos quanto a seletividade de íons".

Os pesquisadores ajustaram a estrutura de uma molécula orgânica complexa conhecida como anfifílico multibloco para incorporar uma unidade aromática perfluorada. A estrutura resultante, um ciclofano anfifílico fluorado, continha unidades oligo(fenileno-etinileno) perfluoradas hidrofóbicas e ligantes hidrofílicos octa(etilenoglicol). Os pesquisadores também projetaram um ciclofano anfifílico parcialmente fluorado e um não fluorado para investigar o impacto da fluoração aromática.

A microscopia revelou que tanto o ciclofano perfluorado, chamado C_FF, e o ciclofano parcialmente fluorado, denominado C_FH , poderia ser incorporado na membrana de bicamada lipídica, enquanto o ciclofano não fluorado não. Os pesquisadores então analisaram a propriedade de transporte de íons, resposta a estímulos e seletividade de íons potássio de C_FF e C_FH usando medições de condutância, ensaios de fluorescência e estudos computacionais. Eles identificaram que tanto C_FF e C_FH auto-montados na membrana de bicamada para formar canais iônicos supramoleculares. Além disso, o fluxo de corrente através da membrana confirmou a propriedade de transporte de íons transmembrana de C_FF e C_FH , mais eficiente e pronunciado em C_FF .

Mudanças no fluxo de corrente ao aplicar a tensão da membrana confirmaram ainda mais a capacidade de resposta aos estímulos dos canais formados por C_FF e C_FH . A propriedade de transporte de íons de C_FF foi afetado significativamente, enquanto não mudou muito para C_FH . Assist. Prof. Sato, Prof. Kinbara e sua equipe atribuem essas variações à interação diferencial das unidades aromáticas de C_FH e C_FF dentro da membrana.

Por último, o ensaio de fluorescência revelou a maior permeabilidade de C_FF para íons de potássio em comparação com outros cátions de metais alcalinos. A equipe descobriu que a maior afinidade dos íons de potássio pelos átomos de flúor no núcleo da estrutura era responsável por esse fenômeno.

Comentando essas descobertas, Assist. Prof. Sato e Prof. Kinbara dizem:"O fato de que um canal iônico supramolecular formado por C_FF possui essa capacidade de resposta a estímulos e a seletividade de íons de potássio não é apenas intrigante, mas também surpreendentemente semelhante aos canais mecanossensíveis encontrados em neurônios de mamíferos".

Com essa demonstração, possibilidades como o desenvolvimento de terapias para doenças relacionadas a canais iônicos, manipulação de importantes processos biológicos e desenvolvimento de tecnologias industriais de purificação de materiais já estão à vista. + Explorar mais

Duplo prazer:o novo canal iônico transmembranar sintético pode ser ativado de duas maneiras