Gennembrud i molekylære maskiner

Molekyler er nogle af livets mest basale byggesten. Når de arbejder sammen på den rigtige måde, de bliver molekylære maskiner, der kan løse de mest fantastiske opgaver. De er essentielle for alle organismer ved, for eksempel, opretholde en bred vifte af cellulære funktioner og mekanismer.

Hvad hvis du kunne skabe og kontrollere en kunstig molekylær maskine? Og få den til at udføre opgaver, der tjener os mennesker?

Mange forskere leder efter måder at skabe og kontrollere sådanne molekylære maskiner, og forskning foregår i laboratorier over hele verden.

På Syddansk Universitet, Ph.D. Rikke Kristensen og kolleger fra professor Jan O. Jeppesens forskningsgruppe ved Fysisk Institut, Kemi, og Pharmacy har offentliggjort en videnskabelig undersøgelse om molekylære maskiner, der har tiltrukket sig opmærksomhed.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Kemi - Et europæisk tidsskrift og er udkommet både som såkaldt Hot Paper og som Cover Feature.

Før et forskningsresultat kan publiceres i et videnskabeligt tidsskrift, det skal evalueres af en række videnskabelige fagfæller, og i dette tilfælde har anmelderne anset undersøgelsen for at være af stor betydning.

Det, der vækker opmærksomhed, er, at det er lykkedes forskerne at få kontrol over de molekylære maskiner, som i fremtiden kan sætte dem i stand til at udføre kontrollerede bevægelser.

"I princippet, det betyder, at du kan sende maskinen til det sted, hvor du ønsker, at den skal udføre sin funktion, " siger Rikke Kristensen.

Et eksempel kunne være at pakke en molekylær maskine ind i en medicintablet og bruge den til at kontrollere, hvornår stoffet frigives.

Udfordringen ved medicin i dag er, at de aktive komponenter skal være godt beskyttet, mens de transporteres gennem kroppen, så de ikke bliver forringet eller frigivet, før de når deres destination i kroppen – men de skal også frigives, når de når deres destination.

"Hvis en molekylær maskine er indbygget i tabletten, det kan hjælpe, når de aktive komponenter i tabletten når deres destination; så kan den molekylære maskine hjælpe med at åbne tabletten og tillade de aktive komponenter at blive frigivet, så de kan udføre deres arbejde, hvor det er nødvendigt, " siger Rikke Kristensen.

Optimal levering af aktive komponenter til destinationer i kroppen er en kæmpe udfordring for enhver, der udvikler nye lægemidler, og det er særligt svært at levere aktive komponenter til hjernen. Den såkaldte blod/hjerne-barriere er en af ​​de mest uigennemtrængelige barrierer i den menneskelige organisme.

Et andet eksempel er at inddrage molekylære maskiner i belægningsprodukter, der tilsættes overflader:Aktivering af molekylemaskinernes bevægelser vil ændre overfladens egenskaber og derved fjerne snavset fra overfladen.

Og så er der de små computere:Molekylære maskiner har potentiale til at give os organiske computere, der er hundrede gange mindre end de computere, vi kender i dag.

"Fremtidige applikationer er fascinerende, men det er vigtigt at huske, at for nu, dette er grundlæggende og ikke anvendt videnskab, " siger professor og hovedefterforsker Jan O. Jeppesen.

"Lige nu, vi nærmer os dette felt med nysgerrighed og et ønske om at forstå, hvad der sker, når vi begynder at pille ved naturens mindste byggesten. Hvor det hele ender, og hvilken nytte vores efterkommere kan finde for dette i fremtiden, vi kan ikke forudsige, " siger Jan O. Jeppesen.

Han fortsætter, "Da elektriciteten blev opfundet, ingen kunne forudsige, hvordan det ville påvirke verden. På en måde, det er det samme her; vi står over for noget nyt, som vi måske ikke helt forstår i dag. Måske vil folk grine af vores ideer om 50 år. Måske vil ideerne blive overgået. Jeg kan ikke fortælle dig det."

Kort sagt, forskernes gennembrud er, at det er lykkedes dem at styre de molekylære maskiner, så de kan styres til kun at bevæge sig i én retning.

"Det er et stort skridt fremad. Indtil videre vi har været i stand til at flytte en molekylær maskine - men kun mellem to punkter. Nu, i princippet, vi kan sende maskinen i den ønskede retning, så længe vi vil, " forklarer Rikke Kristensen, hvem fortsætter, "Det er som at have et bilhjul, der kun kan rotere frem og tilbage en halv omgang (mellem to punkter). Det giver ikke bilen momentum. Hvis du vil have bilen til at køre fremad, hjulene skal rotere i en bestemt retning, så længe du vil have dem til at gøre det. Tilsvarende det er vigtigt, at en molekylær maskine kan bevæge sig i samme retning i det ønskede tidsrum."