Forskere udvikler sukkerovertrukne nanosheets til selektivt at målrette mod patogener

Forskere har udviklet en proces til at skabe ultratynde, selvsamlende plader af syntetiske materialer, der kan fungere som designer flypapir i selektiv binding med vira, bakterie, og andre patogener.

På den måde er den nye platform, udviklet af et team ledet af forskere ved U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), potentielt kan bruges til at inaktivere eller påvise patogener.

Holdet, som også omfattede forskere fra New York University, skabte de syntetiserede nanosheets på Berkeley Labs Molecular Foundry, et nanoskala videnskabscenter, ud af selvsamling, bioinspirerede polymerer kendt som peptoider. Undersøgelsen blev offentliggjort tidligere på måneden i tidsskriftet ACS Nano .

Arkene er designet til at præsentere simple sukkerarter på en mønstret måde langs deres overflader, og disse sukkerarter, på tur, blev påvist selektivt at binde med flere proteiner, herunder en, der er forbundet med Shiga -toksinet, som forårsager dysenteri. Fordi ydersiden af ​​vores celler er flad og dækket med sukker, disse 2-D nanosheets kan effektivt efterligne celleoverflader.

"Det er ikke bare en 'lås og nøgle' ​​- det er ligesom velcro, med en flok små sløjfer, der konvergerer på målproteinet sammen, "sagde Ronald Zuckermann, en forsker ved Molecular Foundry, der ledede undersøgelsen. "Nu kan vi efterligne en nanoskala -funktion, der er allestedsnærværende i biologi."

Han bemærkede, at mange patogener, fra influenzavirus til kolera bakterier, binde sig til sukker på celleoverflader. Så at vælge de rigtige sukkerarter til at binde til peptoid nanosheets, i de rigtige fordelinger, kan bestemme, hvilke patogener der vil blive tiltrukket af dem.

"Den kemi, vi laver, er meget modulær, "Tilføjede Zuckermann." Vi kan 'klikke på' forskellige sukkerarter, og præsenter dem på en veldefineret, plan overflade. Vi kan styre, hvor langt de er fra hinanden. Vi kan gøre dette med stort set alt sukker. "

Peptoidplatformen er også mere robust og stabil sammenlignet med naturlige biomolekyler, han sagde, så det potentielt kan indsættes i feltet til test af bioagenter af militært personale og beredskabsberedskabet, for eksempel.

Og peptoider - en analog til peptider i biologi, der er kæder af aminosyrer - er billige og let at lave polymerer.

"Den kemiske information, der instruerer molekylerne til spontant at samle sig i de sukkerbelagte plader, programmeres i hvert molekyle under dets syntese, "Zuckermann sagde." Dette arbejde viser vores evne til let at konstruere sofistikerede biomimetiske nanostrukturer ved direkte kontrol af polymersekvensen. "

De sukkerovertrukne nanosheets fremstilles i en flydende opløsning. Zuckermann sagde, at hvis nanosheets bruges til at beskytte nogen mod at blive udsat for et patogen, han kunne forestille sig brugen af ​​en næsespray indeholdende de patogenbindende nanosheets.

Nanosheets kan også potentielt bruges i miljøoprydninger til at neutralisere specifikke toksiner og patogener, og arkene kan potentielt skaleres til at målrette virus som Ebola og bakterier som E. coli, og andre patogener.

I den seneste undersøgelse, forskerne bekræftede, at bindingerne med de målrettede proteiner var vellykkede ved at indlejre et fluorescerende farvestof i arkene og vedhæfte et andet fluorescerende farvestof på målproteinerne. En farveændring indikerede, at et protein var bundet til nanosheet.

Intensiteten af ​​denne farveændring kan også guide forskere til at forbedre dem, og at opdage nye nanosheets, der kunne målrette mod specifikke patogener.