Guldlim binder virkelig nanocages i modstrid med logikken

Det har længe været kendt, at guld kan bruges til at gøre ting, som filosoffer aldrig selv har drømt om. Instituttet for Kernefysik ved det polske videnskabsakademi i Krakow har bekræftet eksistensen af ​​'guldlim':bindinger, der involverer guldatomer, i stand til permanent at binde proteinringe. Dygtigt brugt af et internationalt hold af videnskabsmænd, bindingerne har gjort det muligt at konstruere molekylære nanokager med en struktur uden sidestykke i naturen eller endda i matematik.

Videnskabens verden har været interesseret i molekylære bure i årevis. Ikke uden grund. Kemiske molekyler, herunder dem, der under normale forhold ville indgå i kemiske reaktioner, kan være indesluttet i deres tomme indre. Partiklerne af den indesluttede forbindelse, adskilt af burets vægge fra omgivelserne, har intet at binde sig til. Disse bure kan derfor bruges, for eksempel, at transportere medicin sikkert ind i en kræftcelle, kun frigiver stoffet, når de er inde i det.

Molekylære bure er polyedre opbygget af mindre 'klodser', normalt proteinmolekyler. Murstenene kan ikke have nogen form. For eksempel, hvis vi ville bygge et molekylært polyeder kun ved at bruge objekter med omridset af en ligesidet trekant, geometri ville begrænse os til kun tre solide figurer:et tetraeder, et oktaeder eller et icosahedron. Indtil nu, der har ikke været andre strukturelle muligheder.

"Heldigvis, Platonisk idealisme er ikke et dogme for den fysiske verden. Hvis du accepterer visse unøjagtigheder i den solide figur, der bliver konstrueret, du kan skabe strukturer med former, der ikke findes i naturen, hvad mere er, med meget interessante egenskaber, " siger Dr. Tomasz Wrobel fra Cracow Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi (IFJ PAN).

Dr. Wrobel er et af medlemmerne af et internationalt team af forskere, der for nylig har udført det 'umulige':de byggede et bur, der i form ligner en kugle, af elleve-væggede proteiner. Hovedforfatterne til denne spektakulære succes er videnskabsmænd fra gruppen af ​​prof. Jonathan Heddle fra Malopolska Biotechnology Center på Jagiellonian University i Krakow og det japanske RIKEN Institute i Wako. Arbejdet beskrevet i Natur fandt sted med deltagelse af forskere fra universiteter i Osaka og Tsukuba (Japan), Durham (Storbritannien), Waterloo (Canada) og andre forskningscentre.

Hver af væggene i de nye nanocages blev dannet af en proteinring, hvorfra elleve cysteinmolekyler stak ud med jævne mellemrum. Det var til svovlatomet fundet i hvert cysteinmolekyle, at 'limen', dvs. guldatomet, var planlagt vedhæftet. Under passende forhold, det kunne binde med et svovlatom mere, i cysteinen i en næste ring. På denne måde ville der blive dannet en permanent kemisk binding mellem de to ringe. Men ville guldatomet under disse forhold virkelig være i stand til at danne en binding mellem ringene?

"I Spectroscopic Imaging Laboratory af IFJ PAS brugte vi Raman-spektroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi for at vise, at i prøverne, som vi fik med test-nano-cagene, guldet dannede virkelig bindinger med svovlatomer i cysteiner. Med andre ord, i en vanskelig, direkte måling, vi beviste, at guldlim til at binde proteinringe i bure virkelig eksisterer, " forklarer Dr. Wrobel.

Hvert guldatom kan behandles som et selvstændigt klip, der gør det muligt at fastgøre endnu en ring. Vejen til det 'umulige' begynder, når vi indser, at vi ikke altid behøver at bruge alle klippene! Så, selvom alle ringene i de nye nanocages er fysisk ens, afhængigt af deres plads i strukturen forbinder de sig med deres naboer med et forskelligt antal guldatomer, og fungerer således som polygoner med forskelligt antal hjørner. 24 nanocage-vægge præsenteret af forskerne blev holdt sammen af ​​120 guldatomer. Den ydre diameter af burene var 22 nanometer, og den indre diameter var 16 nm.

Brug af guldatomer som bindemiddel til nanocages er også vigtigt på grund af dets mulige anvendelser. I tidligere molekylære strukturer, proteiner blev limet sammen ved hjælp af mange svage kemiske bindinger. Kompleksiteten af ​​bindingerne og deres lighed med de bindinger, der er ansvarlige for eksistensen af ​​selve proteinringene, tillod ikke præcis kontrol over nedbrydningen af ​​burene. Dette er ikke tilfældet i de nye strukturer. På den ene side, guldbundne nanokager er kemisk og termisk stabile (f.eks. de tåler timers kogning i vand). På den anden side, imidlertid, guldbindinger er følsomme over for en stigning i surhedsgraden. Ved sin stigning, nanocagen kan nedbrydes på en kontrolleret måde, og indholdet kan frigives til miljøet. Da surhedsgraden i cellerne er større end uden for dem, guldbundne nanocages er ideelle til biomedicinske applikationer.

Den 'umulige' nanocage er præsentationen af ​​en kvalitativt ny tilgang til konstruktionen af ​​molekylære bure, med guldatomer i rollen som løse clips. Den demonstrerede fleksibilitet af guldobligationerne vil gøre det muligt i fremtiden at skabe nanocages med størrelser og funktioner, der er præcist skræddersyet til specifikke behov.