Los canales iónicos artificiales desarrollados por los investigadores de A * STAR podrían allanar el camino para nuevos tipos de agentes antibacterianos y sensores biomédicos.

Los canales de iones son superautopistas bioquímicos que permiten que los iones de metales como el potasio y el sodio se acerquen y salgan de las células. Crucialmente, los canales suelen ser muy selectivos, permitiendo que pase solo un tipo de ion y excluyendo otros. Por ejemplo, el canal de iones de potasio KcsA de origen natural puede transportar 100 millones de iones por segundo, y solo deja pasar un ion de sodio por cada 10, 000 iones de potasio.

"Pero los canales iónicos basados ​​en proteínas son costosos y difíciles de manipular, "dice Huaqiang Zeng en el Instituto A * STAR de Bioingeniería y Nanotecnología. Por lo tanto, se están desarrollando versiones sintéticas para imitar y eventualmente superar las funciones exhibidas por los canales de proteínas de origen natural". Ha sido difícil desarrollar canales artificiales que tengan una fuerte selectividad por los iones de potasio sobre los de sodio.

Zeng y sus colegas ahora han desarrollado canales iónicos que ofrecen un transporte rápido de iones de potasio, con una selectividad que se encuentra entre las más altas registradas para cualquier canal de iones artificiales. El canal está formado por una serie de moléculas idénticas que se apilan unas sobre otras. Cada molécula contiene tres componentes. En un extremo hay una corona de éter, un gran anillo de átomos de carbono y oxígeno; en el medio hay un aminoácido, que contiene grupos químicos que permiten que las moléculas se apilen en un patrón específico; y en el otro extremo hay un largo, 'cola' a base de carbono. Estas moléculas pueden autoensamblarse para que los anillos de éter de la corona se alineen para formar un tubo, que actúa como un canal de iones.

Los investigadores crearon una biblioteca de moléculas utilizando varios aminoácidos, diferentes longitudes de cadenas de alquilo, y éteres corona que contenían cinco o seis átomos de oxígeno. Luego formaron membranas a partir de los canales apilados, y probó sus propiedades de transporte de iones.

El canal más selectivo que estudiaron contenía un éter corona con cinco átomos de oxígeno, un aminoácido fenilalanina, y una cadena de alquilo que contiene ocho átomos de carbono. Esto podría transportar 30 millones de iones por segundo, y era aproximadamente diez veces más selectivo para el ión potasio que para los iones sodio. Esto ofrece un rendimiento mucho mejor que los canales de iones de potasio artificiales anteriores basados ​​en éteres corona u otros andamios moleculares.

Los tres componentes de las moléculas se pueden alterar fácilmente para ajustar las propiedades de los canales, por lo que Zeng es optimista de que su equipo pueda mejorar aún más su desempeño. Esperan probar sus sistemas optimizados en aplicaciones médicas, tales como agentes antibacterianos o promotores del crecimiento del cabello.