p (PhysOrg.com) - Pesquisadores da Penn ajudaram a desenvolver um dispositivo de nanotecnologia que combina nanotubos de carbono com proteínas receptoras olfativas, os componentes celulares do nariz que detectam odores. p Como os receptores olfativos pertencem a uma classe maior de proteínas que estão envolvidas na passagem de sinais através da membrana celular, esses dispositivos podem ter aplicações além da detecção de odores, como a pesquisa farmacêutica.

p A pesquisa foi liderada pelo professor A. T. Charlie Johnson, o pós-doutorado Brett R. Goldsmith e o estudante de graduação Mitchell T. Lerner do Departamento de Física e Astronomia da Escola de Artes e Ciências, junto com o professor assistente Bohdana M. Discher e o pós-doutorado Joseph J. Mitala Jr. do Departamento de Biofísica e Bioquímica da Penn’s Perelman School of Medicine. Eles colaboraram com pesquisadores do Monell Chemical Senses Center, a Universidade de Miami, a Universidade de Illinois, Universidade de Princeton e duas empresas privadas, Nanosense Inc. e Evolved Machines Inc.

p Seu trabalho foi publicado na revista ACS Nano .

p A equipe da Penn trabalhou com receptores olfativos derivados de camundongos, mas todos os receptores olfatórios fazem parte de uma classe de proteínas conhecidas como receptores acoplados à proteína G, ou GPCRs. Esses receptores ficam na membrana externa das células, onde certos produtos químicos no meio ambiente podem se ligar a eles. A ação de ligação é o primeiro passo em uma cascata química que leva a uma resposta celular; no caso de um receptor olfativo, esta cascata leva à percepção de um cheiro.

p A equipe da Penn conseguiu construir uma interface entre esta proteína complicada e um transistor de nanotubo de carbono, permitindo-lhes converter os sinais químicos que o receptor normalmente produz em sinais elétricos, que pode ser incorporado em qualquer número de ferramentas e dispositivos.

p “Nossos dispositivos nanotecnológicos são elementos de leitura; eles escutam o que os receptores olfativos estão fazendo, especificamente quais moléculas estão ligadas a eles, ”Disse Johnson.

p Como o GPCR específico com o qual a equipe trabalhou era um receptor olfativo, o caso de teste para seu dispositivo de nanotubo era funcionar como sensor para produtos químicos transportados pelo ar.

p “Se há algo na atmosfera que deseja se ligar a esta molécula, o sinal que recebemos através do nanotubo é sobre qual fração do tempo algo está limitado ou não. Isso significa que podemos obter uma leitura contígua que é indicativa da concentração da molécula no ar, ”Disse Johnson.

p Embora seja possível imaginar a ampliação desses dispositivos de nanotubos em um nariz sintético - fazendo um para cada um dos aproximadamente 350 GPCRs olfativos em um nariz humano, ou o 1, 000 encontrado em um cachorro - Johnson acha que as aplicações médicas estão muito mais perto de serem realizadas.

p “GPCRs são alvos comuns de drogas, Disse ele. “Uma vez que são conhecidos por serem muito importantes nas interações célula-ambiente, eles são muito importantes no que diz respeito à patologia da doença. A esse respeito, agora temos um caminho para interrogar a que esses GPCRs realmente respondem. Você pode imaginar a construção de um chip com muitos desses dispositivos, cada um com GPCRs diferentes, e expô-los todos de uma vez a várias drogas para ver qual é eficaz em desencadear uma resposta. ”

p Descobrir que tipos de drogas se ligam mais eficazmente aos GPCRs é importante porque os patógenos costumam atacar por meio desses receptores também. Quanto melhor um produto químico inofensivo se liga a um GPCR relevante, melhor será o bloqueio da doença.

p A equipe da Penn também fez um avanço técnico na estabilização de GPCRs para pesquisas futuras.

p “No passado, se você tirar uma proteína de uma célula e colocá-la em um dispositivo, pode durar um dia. Mas aqui, nós o embutimos em uma membrana de célula artificial em nanoescala, que é chamado de nanodisco, ”Disse Johnson. “Quando fizemos isso, duraram dois meses e meio, em vez de um dia. ”

p Aumentar a expectativa de vida de tais dispositivos pode ser benéfico para dois campos científicos com crescente sobreposição, como evidenciado pelo grande, equipe interdisciplinar de pesquisa envolvida no estudo.

p “O quadro geral é integrar a nanotecnologia com a biologia, “Disse Johnson. “Essas máquinas moleculares complicadas são o principal método de comunicação entre o interior da célula e o exterior, e agora estamos incorporando sua funcionalidade com nossos dispositivos nanotec. ”