Micrografías electrónicas de SiJAR (izquierda), micrografías electrónicas y micrografías de fluorescencia de células inyectadas con SiJAR (derecha). Crédito:POSTECH
Como las vacunas COVID-19 están en marcha, la gente espera el regreso a la vida normal. Sin embargo, Los temores también crecen debido a efectos secundarios imprevistos como la trombosis poco común. En el cuerpo, la vida se mantiene mediante el movimiento de sustancias o energía. Las reacciones químicas están reguladas por la presencia de orgánulos, o estructuras centrales de las células, que acomodan enzimas o cofactores específicos. Un nanoreactor con la actividad de un catalizador sintético, como un orgánulo artificial que imita una célula, y las propiedades de una enzima, crea una plataforma para sintetizar selectivamente moléculas bioactivas enantioméricas naturales que pueden responder a patógenos en el cuerpo. Sin embargo, hasta ahora, no se ha informado de un nanoreactor con las funciones tanto de catalizador sintético como de enzima para dicha plataforma.
Para tal fin, Un equipo de investigación de POSTECH ha sintetizado recientemente una nanoestructura quimioenzimática que puede sintetizar selectivamente un enantiómero mientras actúa como un orgánulo artificial en la célula.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor In Su Lee, Profesor de investigación Amit Kumar, y Ph.D. El candidato SeTransit Kim del Departamento de Química de POSTECH ha logrado diseñar una nanoestructura de sílice (SiJAR) como un orgánulo artificial para la síntesis selectiva de enantiómeros en las células. Este hallazgo de investigación fue seleccionado como portada de Angewandte Chemie , y publicado en línea el 21 de junio, 2021.
La primera consideración en el diseño de nanoestructuras para aplicaciones intracelulares es colocalizar y mantener de manera estable la superficie reactiva de los nanocristales catalíticos mientras se protege la enzima de la inactivación. Hasta ahora, la catálisis de nanoestructuras huecas inspiradas en la naturaleza que alojan nanocristales catalíticos o enzimas, o ambos, solo se ha probado experimentalmente y no se ha demostrado en organismos vivos. Esto se debe a que las nanoestructuras cerradas microporosas restringen la entrada y la co-localización de nanocristales catalíticos y biomoléculas de gran tamaño.
Diagrama esquemático de síntesis molecular enantioselectiva in vivo usando SiJAR. Crédito:POSTECH
El equipo de investigación sintetizó SiJAR redondos en forma de jarra con tapas de silicato metálico que responden a la quimioterapia mediante la modificación de la composición química de una sección en el reactor utilizando química de conversión térmica controlada espacio-temporal. Debido a la configuración dividida de SiJAR, diferentes metales nobles catalíticos (Pt, Pd, Ru) se modificaron selectivamente en la sección de la tapa mediante reacciones galvánicas. Después, la tapa se abrió en condiciones ácidas suaves o en un entorno intracelular, creando un paso amplio en la carcasa mientras se desplaza el catalizador de metal residual de la tapa hacia adentro. Esta estructura abierta aloja grandes enzimas, facilitando así la encapsulación.
El nano-reactor sintetizado en este estudio está compuesto de sílice con alta biocompatibilidad y protege nanocristales catalíticos o biomoléculas grandes en un compartimento de sílice de boca abierta. realizó una reacción aldólica asimétrica con alta enantioselectividad a través de una estabilización del estado de transición cooperativa enzima-metal. Además, los investigadores confirmaron que funciona como un orgánulo catalítico artificial al realizar de manera estable la reacción dentro de las células vivas.
El nanodispositivo quimioenzimático híbrido, personalizable a través de esta sofisticada estrategia de conversión de estado sólido, tiene una estructura y función similar a la de los orgánulos intracelulares, y se puede utilizar para sintetizar terapias activas y sondas de bioimagen localmente dentro de las células para que sean adecuadas para su uso en bioimágenes y tratamientos de próxima generación.
"Con los resultados de esta investigación utilizando las únicas reacciones químicas confinadas en el nanoespacio (NCCR), Esperamos desarrollar la tecnología que regula artificialmente las funciones celulares, "comentó el profesor In Su Lee, quien dirigió el estudio.
