Kunstig receptor skelner mellem mandlige og kvindelige hormoner

Kemikere ved Tokyo Tech's Laboratory for Chemistry and Life Science har designet og udviklet en kapselformet syntetisk receptor, der kan skelne mellem mandlige og kvindelige steroidhormoner. Nemlig receptoren udviser usædvanlig høj bindingsaffinitet over for androgene mandlige hormoner i vand.

Udgivet i dag i Videnskabens fremskridt , deres præstation er et glimrende eksempel på biomimetisk design - skabelsen af ​​systemer, der efterligner ideer fra naturen. "Naturlige biologiske receptorer kan genkende små strukturelle forskelle mellem mandlige og kvindelige steroidhormoner ved hjælp af deres proteinlommer, " siger forfatterne. "Men, det har været udfordrende at efterligne denne funktion kunstigt indtil nu."

Nøglen til deres gennembrud var det unikke design af hulrummet (som efterligner den naturlige lomme, men ved hjælp af unaturlige komponenter) i receptoren. Dette hulrum, omkranset af polyaromatiske rammer holdt sammen med metalioner, gjorde det muligt for receptoren at fungere som en halvstiv beholder - en fleksibel nok til at komplementere hormonets form og til at inducere effektive bindingsinteraktioner.

Studiet, dirigeret af Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina og kolleger, er en fortsættelse af teamets tidligere arbejde med at udvikle innovative nanokapsler til en bred vifte af biosensing-applikationer inden for det medicinske og miljømæssige område.

Deres eksperimenter viste, at den syntetiske receptor fortrinsvis binder steroide kønshormoner i en rækkefølge svarende til naturlige androgenreceptorer, begyndende med mandlige hormoner som testosteron og androsteron, efterfulgt af kvindelige hormoner som progesteron og beta-østradiol. Når det placeres i en blanding af mandlige og kvindelige hormoner suspenderet i en vandig opløsning ved 60 grader Celsius i ti minutter, receptoren bandt udelukkende testosteron med mere end 98 % selektivitet (se figur). Dette høje niveau af selektivitet blev opnået, selv når blandingen indeholdt et stort overskud af kvindelige hormoner.

Ved hjælp af røntgen krystallografisk analyse, forskerne observerede, at det sfæriske hulrum forvrænges til en elliptisk form ved indkapsling af testosteron. De siger, at denne konformationsændring bidrager til at forbedre intermolekylære interaktioner mellem receptoren og hormonet.

Går man et skridt videre, holdet udtænkte en måde at bruge receptoren til at opdage ekstremt små mængder af et mandligt hormon. De fremstillede et receptor-farvestofkompleks, der udsender blålig grøn fluorescens uden testosteron. Ved at tilføje en nanogram mængde testosteron, fluorescensen faldt betydeligt ved indkapslingen, repræsenterer en bemærkelsesværdig ny ultrafølsom detektionsmetode.

"Vi forestiller os, at vores syntetiske receptor vil blive brugt til udvikling af praktiske, ultrafølsomt analytisk udstyr til steroide kønshormoner, lige fra medicinske værktøjer til dopingkontrol i sport, i den nærmeste fremtid, " siger forskerne.