Dos artículos recientes del profesor James Sterling y Shenda Baker del Keck Graduate Institute (KGI), Presidente y director de operaciones de Synedgen, describir cómo los iones interactúan con los glucanos de la superficie de la mucosa para garantizar la salud.

La importancia de los iones, o electrolitos, en salud humana es bien conocido, pero el papel exacto que juegan estos iones en biología es más complicado de lo que se pensaba. Azúcares complejos conocidos como glicanos, que recubren las superficies de las células y las superficies mucosas, son algunas de las moléculas con mayor carga negativa en biología. En nuestra nariz garganta, ojos, pulmones, y tracto gastrointestinal, estas superficies juegan un papel importante en la protección del cuerpo de la invasión de patógenos y la exposición al medio ambiente.

El artículo "Un modelo continuo de mucosa con emparejamiento de glicano-iones, "se publicó el 15 de enero en la revista Teoría y simulaciones macromoleculares .

"El papel del emparejamiento de iones en las superficies celulares tiene importantes implicaciones para la administración de fármacos, por lo que estamos trabajando con la profesora asistente de KGI, Kiana Aran, para mejorar la administración de fármacos a las mucosas, "Sterling dice". Del mismo modo, la interacción de las toxinas con las células está bajo investigación con el profesor asistente de KGI Mikhail Martchenko en su trabajo de laboratorio sobre péptidos formadores de poros ".

Mientras que las cargas positivas y negativas se atraen entre sí, dos iones diferentes (digamos, sodio y potasio) con la misma carga no interactúan de la misma manera con el mismo ion negativo, y la naturaleza de estas diferencias se llama liotropía.

"Una implicación clave de estas sutiles diferencias es que los glicanos interactúan de formas únicas con cada tipo de ion, "dice Sterling." Las diferencias específicas en la forma en que los iones se emparejan con los contraiones pueden causar grandes cambios tanto en el potencial eléctrico como en el grosor de la capa protectora de las células que previenen la adhesión e invasión de patógenos. Existe una interacción compleja entre la atracción y la repulsión cuando las cargas se mueven en respuesta entre sí, tanto positivo como negativo. Asombrosamente, las estructuras de la superficie pueden ser muy diferentes para diferentes iones, incluso si está presente el mismo número de iones ".

En superficies mucosas, como el pulmón, el moco se compone de polielectrolitos cargados negativamente llamados mucinas que son muy sensibles a los cambios en los iones. En pacientes con fibrosis quística, por ejemplo, el defecto genético en el gen CFTR reduce el transporte de iones, lo que hace que el moco sea espeso y viscoso. Baker y Sterling describen cómo el grosor de la capa mucosa y su potencial eléctrico se modifican por cambios en el tipo de iones (carboxilatos o sulfatos en las mucinas).

"La comprensión de cómo cada tipo de ion afecta la estructura, potencial eléctrico, y el comportamiento fluido de las capas de la superficie de las vías respiratorias en el pulmón tiene implicaciones directas para el diseño de dianas farmacológicas que influyen en el comportamiento pulmonar, "señala Baker.

El artículo contempla interacciones de iones y potenciales eléctricos en una variedad de hidrogeles y superficies celulares biológicamente importantes. e incorpora interacciones ion-ion específicas para cada tipo de par de iones. Este trabajo sigue a una publicación de 2017 de los Dres. Baker y Sterling en Comunicaciones científicas de interfaz y coloides , titulado "Equilibrio electroliotrópico y la utilidad de las constantes de disociación de pares iónicos, "estableciendo la viabilidad de estos modelos para la determinación de la estructura de biohidrogel.

El profesor Sterling también presentó aspectos de este trabajo en el 13º Retiro Anual de Investigación de KGI el 12 de enero. Su presentación se puede ver a través del siguiente enlace:Partitioning and Pairing in Biology.