Nanofiber-gennembrud lover for medicin og mikroprocessorer

(PhysOrg.com) - En ny metode til at skabe nanofibre lavet af proteiner, udviklet af forskere ved Polytechnic Institute of New York University (NYU-Poly), lover i høj grad at forbedre lægemiddelleveringsmetoder til behandling af kræftsygdomme, hjertesygdomme og Alzheimers sygdom, samt hjælp til regenerering af menneskeligt væv, knogler og brusk.

Ud over, anvendt anderledes, den samme udvikling kunne vise vejen til endnu mindre og mere kraftfulde mikroprocessorer til fremtidige generationer af computere og forbrugerelektronik.

Detaljerne er beskrevet i en artikel med titlen "Effekter af divalente metaller på nanoskopisk fiberdannelse og genkendelse af små molekyler af spiralformede proteiner, " som vises online i Avancerede funktionelle materialer . Forfatter Susheel K. Gunasekar, en ph.d.-studerende i NYU-Poly's Department of Chemical and Biological Sciences, var den primære forsker, og er elev af medforfatter Jin Montclare, adjunkt og leder af instituttets Protein Engineering and Molecular Design Lab, hvor den underliggende forskning primært blev udført. Også involveret var medforfatterne Luona Anjia, en kandidatstuderende, og professor Hiroshi Matsui, både fra Institut for Kemi og Biokemi ved Hunter College (The City University of New York), hvor der blev udført sekundær forskning.

Alligevel kom alt dette næsten aldrig frem, siger professor Montclare, der forklarer, at det var ren "serendipity" – en tilfældig observation lavet af Gunasekar for to år siden – der inspirerede holdets forskning og førte til dets væsentlige resultater.

Under et eksperiment, der involverede undersøgelse af visse cylinderformede proteiner afledt af brusk oligomert matrixprotein (COMP, findes overvejende i menneskelig brusk), Gunasekar bemærkede, at i høje koncentrationer, disse alfa-spiralformede coiled-coil-proteiner kom spontant sammen og samlede sig selv til nanofibre. Det var et overraskende resultat, Montclare siger, fordi COMP slet ikke var kendt for at danne fibre. "Vi var virkelig spændte, " husker hun. "Så vi besluttede at lave en række eksperimenter for at se, om vi kunne kontrollere fiberdannelsen, og kontrollerer også dets binding til små molekyler, som ville være anbragt i proteinets cylinder."

Af særlig interesse var molekyler af curcumin, en ingrediens i kosttilskud, der bruges til at bekæmpe Alzheimers sygdom, kræftformer og hjertesygdomme.

Ved at tilføje et sæt metalgenkendende aminosyrer til coiled-coil-proteinet, NYU-Poly-holdet lykkedes, konstaterer, at nanofibrene ændrer deres form ved tilsætning af metaller som zink og nikkel til proteinet. I øvrigt, tilsætningen af ​​zink styrkede nanofibrene, gør det muligt for dem at holde mere curcumin, mens tilsætningen af ​​nikkel omdannede fibrene til sammenklumpede måtter, udløser frigivelsen af ​​lægemiddelmolekylet.

Næste, Montclare siger, forskerne planlægger at eksperimentere med at skabe stilladser af nanofibre, der kan bruges til at inducere regenerering af knogler og brusk (via indlejret D-vitamin) eller menneskelige stamceller (via indlejret A-vitamin).

Senere, det kan endda være muligt at anvende denne økologiske, proteinbaseret metode til at skabe nanofibre til verden af ​​computere og forbrugerelektronik, Montclare siger –– at producere guldtråde i nanoskala til brug som kredsløb i computerchips ved først at skabe nanofibrene og derefter lede det metal til dem.

Ultimativt, Montclare siger, forskerne vil gerne have, at frugterne af deres opdagelse – såsom terapeutiske nanofibre og metalliske nanotråde – bliver adopteret af både farmaceutiske virksomheder og mikroprocessorproducenter.