Søjlelignende molekyler som biosensorer for metabolitter

Metabolitter er organiske molekyler, der deltager i eller skabes under de biokemiske reaktioner, der konstant finder sted i en organisme. For den menneskelige krop, mere end 110, 000 metabolitter er blevet identificeret. Metabolitter spiller en rolle i metabolisk syndrom, hvilket er den situation, hvor flere medicinske tilstande opstår samtidigt; tilstandene omfatter fedme, højt blodtryk og højt blodsukker. Metabolisk syndrom er forbundet med en højere risiko for at udvikle kardiovaskulær sygdom, type 2-diabetes og forskellige former for kræft. Tilstedeværelsen af ​​visse metabolitter kan være en indikator for særlige patologiske tilstande relateret til metabolisk syndrom. Effektiv måling og overvågning af tilstedeværelsen er derfor vigtig for tidlig diagnose. Nu, Tomoki Ogoshi, Atsushi Hirao, og Masaya Ueno fra Kanazawa University og kolleger har udviklet en biosensor til en lavmolekylær metabolit kendt som 1-MNA. Sensoren er afhængig af de fysisk-kemiske egenskaber af søjle[6]aren, et kanallignende molekyle.

Forskerne undersøgte metabolitten 1-MNA (1-methylnicotinamid), for nylig opdaget at være til stede i højere niveauer i aggressive cancercellelinjer. Disse kræftformer har øget NNMT (nicotinamid N-methyltransferase) aktivitet, hvor 1-MNA er et biprodukt. Påvisning af 1-MNA kan derfor være afgørende for rettidig diagnosticering og behandling af sådanne kræftformer.

Ogoshi og kolleger antog, at søjle[n]arener kunne bruges som biosensorer for metabolitter som 1-MNA. Søjle[n]arener er søjleformede makrocykliske forbindelser med et polygonalt tværsnit (femkantet og sekskantet for n =5 og 6, henholdsvis). Forskerne fandt ud af, at søjle[6]aren (P6A) danner vært-gæst et kompleks med 1-MNA; metabolitten kan binde sig til det, fordi det sekskantede hulrum inde i P6A tilbyder det helt rigtige miljø til at gøre det. De fandt også, at når 1-MNA er bundet til P6A, den fluorescerende respons af sidstnævnte falder signifikant - en effekt, der kan udnyttes som en indikator for tilstedeværelse eller fravær af 1-MNA (stærk eller svag fluorescerende respons, henholdsvis).

Vigtigt, forskerne kunne vise, at P6A-fluorescensdetektionsmekanismen virker for biologiske prøver. Specifikt, de var i stand til at påvise 1-MNA i urin, dog med lav følsomhed. Ogoshi og kolleger konkluderer, at yderligere eksperimenter "vil hjælpe med at forbedre følsomheden og specificiteten af ​​biosensorerne, " og at deres arbejde "skal bidrage til udviklingen af ​​lave omkostninger, let, og hurtige metoder til påvisning af humane metabolitter til diagnose."

Metabolisk syndrom

Metabolisk syndrom refererer til kombinationen af ​​diabetes, højt blodtryk (hypertension) og fedme. Patienter med metabolisk syndrom har en større risiko for at udvikle visse hjerte-kar-sygdomme samt forskellige typer kræft. Metabolisk syndrom er ofte forbundet med overvægt og mangel på fysisk aktivitet, og er også forbundet med insulinresistens (et nøgletræk ved type-2 diabetes).

Nu, Tomoki Ogoshi fra Kanazawa University og kolleger har udviklet en biosensor for en metabolit kendt som 1-MNA. At være i stand til effektivt at detektere metabolitter forbundet med visse patologier er et vigtigt skridt fremad mod udviklingen af ​​behandlinger for patologier forbundet med metabolisk syndrom.

Søjle[n]arenes

Søjle[n]arenes, samlet navngivne pillararener (og nogle gange pillarener), er cykliske organiske molekyler bestående af n såkaldte hydroquinonenheder, som kan erstattes. Hydroquinon, også kendt som quinol, har den kemiske formel C ₆ H ₄ (ÅH) ₂ . Den består af en benzenring med to hydroxylgrupper (OH) bundet til den på modsatte sider af benzensekskanten.

Den første pillararene blev syntetiseret i 2008 af Tomoki Ogoshi og kolleger fra Kanazawa University. Navnet pillararene blev valgt, da molekylerne er cylindriske (søjlelignende) i form og sammensat af aromatiske dele (arener).

Nu, Ogoshi, Hirao og kolleger har vist, at søjle[6]aren (n =6) kan bruges som biosensorer for metabolitten 1-MNA - et vigtigt resultat i betragtning af, at påvisning af lavmolekylære metabolitter er udfordrende.