Forskere finder nye måder at skabe gradienter til at forstå molekylære interaktioner

Forskere bruger værktøjer kaldet gradienter til at forstå, hvordan molekyler interagerer i biologiske systemer. Forskere fra North Carolina State University har udviklet en ny teknik til at skabe biomolekylære gradienter, der både er enklere end eksisterende teknikker, og som skaber yderligere overfladekarakteristika, der gør det muligt for forskere at overvåge andre aspekter af molekylær adfærd.

En gradient er et materiale, der har et bestemt molekyle på sin overflade, med koncentrationen af ​​molekylet skrånende fra en høj koncentration i den ene ende til en lav koncentration i den anden ende. Gradienten bruges ikke kun til at bestemme, om andre molekyler interagerer med molekylerne på gradienten, men for at bestemme tærskelniveauet, ved hvilket enhver interaktion finder sted.

Den nye teknik begynder med at skabe et substrat, udarbejdet i laboratoriet hos NC State professor Dr. Salah Bedair, ud af halvledermaterialet indiumgalliumnitrid (InGaN). Selve substratet er en gradient, skrånende fra en indiumrig ende (med en større andel af indium til gallium) til en galliumrig ende. Den indiumrige ende er mere befordrende for dannelsen af ​​oxider. Når de udsættes for fugt, negativt ladede indium- og galliumoxider dannes på overfladen af ​​substratet. Substratudviklingen til disse formål blev foreslået af Dr. Tania Paskova, en professor i elektro- og computerteknik ved NC State.

Forskerne puttede derefter substratet i en opløsning, der indeholder en aminosyre kaldet L-arginin, som er positivt ladet ved biologisk relevante pH-niveauer - som dem der findes i menneskekroppen.

"L-argininen binder sig til de negativt ladede oxider på overfladen af ​​substratet, " siger Lauren Bain, en ph.d. studerende ved NC State, som er hovedforfatter på et papir om arbejdet. "Fordi der er mere oxidakkumulering i den indiumrige ende, der er en højere koncentration af L-arginin i den ende, og koncentrationen falder gradvist langs overfladen af ​​substratet, når du bevæger dig mod den galliumrige ende.

"Vi studerede L-arginin, fordi det er lille, men relevant. Fordi den er lille, vi kunne nemt vurdere, hvad der skete under vores undersøgelse, " siger Bain. "Men fordi det er en byggesten for proteiner, vi kan bygge videre på dette arbejde for at studere fulde peptider og proteiner - såsom ligander, der binder til cellereceptorer."

"Denne teknik skaber også ændringer i topografien af ​​InGaN's overflade, baseret på de forskellige krystallinske strukturer i materialet, da det skifter fra at være indiumrigt til at være galliumrigt, " siger Dr. Albena Ivanisevic, seniorforfatter af papiret. "Dette giver os mulighed for at vurdere topografiske forskelle i molekylær adhæsion, hvilket er vigtigt, givet de mange forskellige topografier, der findes i biologiske systemer." Ivanisevic er lektor i materialevidenskab og teknik ved NC State og lektor i det fælles biomedicinske ingeniørprogram ved NC State og University of North Carolina i Chapel Hill.