I pori sintetici imitano l'attività dei canali ionici cellulari. / Synthetic pores mimic activity of cellular ion channels

 I pori sintetici imitano l'attività dei canali ionici cellulari. / Synthetic pores mimic activity of cellular ion channels

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Immagini di microscopia a forza atomica di canali ionici artificiali creati dal gruppo internazionale di scienziati. Le immagini si riferiscono allo stesso campione, con ingrandimento crescente. / Atomic force microscopy images of artificial ion channels created by the international team of scientists. The images are of the same sample, with increasing magnification

Un gruppo di ricerca internazionale ha sviluppato pori sintetici che imitano l'attività dei canali ionici cellulari.

I pori imitano l'attività dei canali ionici cellulari, che sono vitali per la salute in quanto limitano le sostanze che possono entrare nelle cellule.

Secondo quanto dichiarato, i pori creati dagli scienziati sono permeabili agli ioni di potassio ed all'acqua, ma non ad altri ioni come quelli di sodio e di litio.

Questo tipo di selettività, pur essendo evidente in natura, non ha precedenti per una struttura sintetica, ha affermato Bing Gong, PhD, professore di chimica all'Università di Buffalo e responsabile dello studio.

Si ritiene che il successo del progetto getti le basi per una serie di nuove tecnologie. In futuro, gli scienziati potrebbero utilizzare questi pori per purificare l'acqua, eliminare i tumori o curare altre malattie regolando le sostanze all'interno delle cellule.

"L'idea per questa ricerca è nata dal mondo biologico, dalla nostra speranza di imitare le strutture biologiche, e siamo rimasti entusiasti dei risultati", ha affermato Gong. "Abbiamo creato il primo canale idrico sintetico quantitativamente confermato. Pochi pori sintetici sono così altamente selettivi."

Per creare i pori sintetici, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per costringere macrocicli rigidi ad impilarsi uno sull'altro. Gli scienziati hanno poi unito queste pile di molecole tramite legami ad idrogeno. La struttura risultante era un nanotubo con un poro di diametro inferiore ad un nanometro.

"Questo nanotubo può essere visto come una pila di moltissimi anelli", ha affermato Xiao Cheng Zeng, professore di chimica presso l'Università del Nebraska-Lincoln Ameritas. "Gli anelli si uniscono attraverso un processo chiamato autoassemblaggio, ed è molto preciso. È il primo nanotubo sintetico ad avere un diametro molto uniforme. In realtà è un tubo sub-nanometrico. Misura circa 8,8 angstrom."

Il prossimo passo della ricerca consiste nel sintonizzare la struttura dei pori per consentire il passaggio selettivo di materiali diversi e nel capire quali caratteristiche regolano il trasporto dei materiali attraverso i pori, ha affermato Gong.

La ricerca verrà pubblicata il 17 luglio su Nature Communications .

Gli autori principali dello studio sono Xibin Zhou della Beijing Normal University; Guande Liu della Shanghai Jiao Tong University; Kazuhiro Yamato, ricercatore post-dottorato presso l'UB; e Yi Shen della Shanghai Jiao Tong University e dello Shanghai Institute of Applied Physics, Accademia Cinese delle Scienze.

Tra le altre istituzioni che hanno contribuito al lavoro figurano l'Università del Nebraska-Lincoln e l'Argonne National Laboratory. Frank Bright, professore emerito di chimica presso la SUNY (Supreme University of New York) all'Università di Buffalo, ha collaborato agli studi spettroscopici.

ENGLISH

Synthetic pores that mimic the activity of cellular ion channels have been developed by an international research team.

The pores mimic the activity of cellular ion channels, which are vital to health as they restrict materials allowed to enter cells.

According to a statement, the pores built by the scientists are permeable to potassium ions and water, but not to other ions such as sodium and lithium ions.

This kind of selectivity, while prominent in nature, is unprecedented for a synthetic structure, said University at Buffalo chemistry professor Bing Gong, PhD, who led the study.

The project’s success is said to lay the foundation for an array of new technologies. In the future, scientists could use the pores to purify water, kill tumours, or otherwise treat disease by regulating the substances inside of cells.

‘The idea for this research originated from the biological world, from our hope to mimic biological structures, and we were thrilled by the results,’ Gong said. ‘We have created the first quantitatively confirmed synthetic water channel. Few synthetic pores are so highly selective.’

To create the synthetic pores, the researchers developed a method to force rigid macrocycles to pile on top of one another. The scientists then stitched these stacks of molecules together using hydrogen bonding. The resulting structure was a nanotube with a pore less than a nanometre in diameter.

‘This nanotube can be viewed as a stack of many, many rings,’ said Xiao Cheng Zeng, University of Nebraska-Lincoln Ameritas University professor of chemistry. ‘The rings come together through a process called self-assembly, and it’s very precise. It’s the first synthetic nanotube that has a very uniform diameter. It’s actually a sub-nanometre tube. It’s about 8.8 angstroms.’

The next step in the research is to tune the structure of the pores to allow different materials to selectively pass through, and to figure out what qualities govern the transport of materials through the pores, Gong said.

The research will appear on 17 July in Nature Communications.

The study’s lead authors are Xibin Zhou of Beijing Normal University; Guande Liu of Shanghai Jiao Tong University; Kazuhiro Yamato, postdoctoral scientist at UB; and Yi Shen of Shanghai Jiao Tong University and the Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences.

Other institutions that contributed to the work include the University of Nebraska-Lincoln and Argonne National Laboratory. Frank Bright, a SUNY Distinguished Professor of chemistry at UB, assisted with spectroscopic studies.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/synthetic-pores-mimic-activity-of-cellular-ion-channels?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic