Nanocages for guldpartikler - Hvad sker der indeni?

Forskere ved Tokyo Institute of Technology har brugt højopløsningskrystallografi til at afdække mekanismen bag protein-assisteret syntese af guld nanopartikler, at give en platform til at designe nanomaterialer skræddersyet til biomedicinsk anvendelse.

I levende organismer, frie metalioner lagres og transporteres gennem proteiner samlet i højt ordnede strukturer såsom proteinbure via en reaktion kaldet biomineralisering. Denne sofistikerede biologiske strategi har tiltrukket sig opmærksomhed fra bioteknologer, der spekulerer i, at naturlige ion-lagringsproteinbure kan bruges til at dyrke metalnanopartikler med ønskede egenskaber.

Guld nanopartikler (AuNP'er) er kendt for deres fremragende funktioner i katalyse, bioimaging, medicin levering, og terapi; derfor, syntesen af ​​AuP'er med kontrollerede størrelser og former er meget vigtig for deres anvendelse i nanomedicin. I proteinstilladser, AuNP'er dannes af en sekventiel proces, der involverer guldaflejring og agglomeration i små nanoclusters, der fungerer som nukleationscentre for AuNP-vækst. Imidlertid, den dynamiske mekanisme, der ligger til grund for dannelsen af ​​guld-nanoklynger i proteinmiljøer, er stadig uklar.

For at afsløre molekylære processer bag AuNP-vækst i protein-nanocages, en gruppe biomolekylære ingeniører ved Tokyo Institute of Technology, ledet af Takafumi Ueno, brugt højopløsningskrystallografi og analyseret dannelsen af ​​guldnanoclusters i ferritin. Et universelt intracellulært jernlagerprotein produceret af næsten alle levende organismer, ferritin danner en selvsamlet 24-underenhed nanocage med to specifikke metalbindingssteder:den 3-foldede akse kanal og akkumuleringscentret (figur). Da guldioner har høj affinitet til svovl, forskerne modificerede akkumuleringscentret ved at indføre en yderligere svovlholdig cysteinrest for at øge guldoptagelsen i proteinburet. Derefter, de forstærkede Au-holdige ferritinkrystaller ved at tværbinde i glutaraldehyd (figur) for at bevare deres gitterstruktur. Disse modifikationer muliggjorde reduktion af guldioner i krystallerne og bestemmelse af bindingspositioner af guldioner inde i ferritinburet ved højopløsningskrystallografi.

I næste trin, de immobiliserede guldioner blev reduceret til Au(0)-atomer under anvendelse af et reduktionsmiddel (NaBH4). Som resultat, forskerne kunne observere, at det reducerede guld agglomererede til nanoklynger dannet i de 3-fold symmetriske kanaler og i metalakkumuleringscentrene, hvilket skyldtes den gradvise guldbevægelse og konformationsændringer af omgivende aminosyrer.

Resultaterne opnået af professor Ueno og hans kolleger afslører mekanismen bag dannelsen af ​​guld nanoclusters, som forventes som nukleationscentre for efterfølgende AuNP-vækst i det unikke proteinmiljø, at give en platform for fremtidig undersøgelse af biomineralisering og nanopartikelsyntese i biomolekylære stilladser.