La investigación de ITMO sugiere el uso de partículas similares a erizos controladas por un campo magnético para acelerar las reacciones químicas en las células. Esta nueva tecnología les permitirá aumentar la permeabilidad de la membrana celular y al mismo tiempo preservar la estructura inicial de la célula. Esto puede simplificar la administración de sustancias y aumentar la tasa de biocatálisis. La investigación fue publicada en el Revista de letras de química física .

Para convertir una sustancia en otra, es necesario infiltrarse en un sistema biológico, como una celda, con un sustrato:una sustancia química que puede desencadenar una serie de reacciones. Como resultado de estas reacciones, Se crea un producto que puede ser utilizado en posteriores transformaciones químicas tanto dentro de las propias células como en la fabricación de tratamientos médicos o productos alimenticios. La principal dificultad para controlar los procesos biocatalíticos celulares es el hecho de que las membranas celulares limitan la velocidad de difusión o la penetración de las células por el sustrato.

"Podemos aumentar la permeabilidad de la membrana celular para superar esta barrera. A menudo, Para ello se utilizan diversas sustancias químicas. Sin embargo, pueden ser bastante tóxicos y difíciles de controlar, mientras que otros métodos pueden causar daños permanentes a la estructura de la célula, "explica Daniil Kladko, estudiante de maestría en SCAMT y uno de los autores del artículo.

Los investigadores de ITMO utilizaron la reacción bioquímica de la fermentación del etanol para demostrar que se puede aumentar la permeabilidad de la membrana y, por lo tanto, La biocatálisis se puede controlar mediante el uso de partículas especiales similares a erizos dirigidas por un campo magnético. Estas partículas recibieron su nombre por las puntas afiladas en su superficie que las hacen parecer erizos de mar. Se eligió levadura de panadería como organismo modelo para el experimento.

Para convertir el sustrato (glucosa) en alcohol usando levadura, los investigadores primero agregaron partículas parecidas a erizos a la mezcla, luego lo incubó, y lo colocó en una configuración magnética que puede someterlo a un campo magnético alterno de una frecuencia específica, intensidad, y dirección. Los investigadores pudieron penetrar la membrana y entregar el sustrato dentro de la célula sin alterar su estructura o capacidades vitales. Es más, Resultó que el proceso se puede controlar encendiendo y apagando el campo magnético.

"Un campo magnético giratorio hace que la levadura y las partículas similares a los erizos giren alrededor de su eje, lo que da como resultado que el 'erizo' interactúe con la membrana:transforma la energía del campo magnético en tensión mecánica sobre la membrana. Por lo tanto, cuando está en la membrana, crea un momento de fuerza, permitiendo que la membrana se abra. El tiempo y la frecuencia juegan un papel importante en este experimento. Necesitamos que el campo funcione y 'tirar' de la membrana durante algún tiempo, porque sigue siendo una estructura considerablemente densa a pesar de su aparente fragilidad, "dice Daniil Kladko.

La tecnología resultante se puede aplicar en varios campos:por ejemplo, fabricación de alimentos, industria farmacéutica, y biotecnología. Por ejemplo, cuando se trabaja con levadura, La aceleración de la biocatálisis con campo magnético permitiría reducir los precios de la producción de levadura y así aumentar el número de productos a base de levadura en el mercado. Lo mismo ocurre con los medicamentos basados ​​en biosíntesis, ya que el nuevo método aumentará sus volúmenes de producción y bajará su precio de mercado.