Intrigados por las propiedades de las proteínas de los canales iónicos comúnmente observadas en las células, los investigadores de Tokyo Tech han desarrollado el primer canal de potasio mecanosensible sintético utilizando un ciclofano anfifílico fluorado aromático recientemente desarrollado. Al mostrar capacidades tanto de "respuesta a los estímulos" como de "transporte selectivo de iones", su nuevo canal iónico podría abrir nuevas puertas para el futuro uso terapéutico e industrial de los canales mecanosensibles sintéticos.

La naturaleza inspira a la humanidad en una miríada de formas. Tomemos, por ejemplo, las proteínas del canal de transporte de iones "sensibles a estímulos". Estas proteínas se encuentran incrustadas en las membranas celulares y responden a una variedad de estímulos externos, como la luz, el pH y la fuerza mecánica. Dada su función crucial en varios procesos biológicos, los investigadores han intentado sintetizar versiones artificiales de estas proteínas de canal para su uso en entornos terapéuticos e industriales. Sin embargo, el éxito en su síntesis ha sido difícil de alcanzar. Los requisitos estructurales complejos para la capacidad de respuesta a los estímulos y las propiedades específicas de transporte de iones se han identificado como el principal impedimento en su síntesis.

Superando estas dificultades, los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dirigidos por el profesor asistente Kohei Sato y el profesor titular Kazushi Kinbara, han desarrollado recientemente el primer canal sintético mecanosensible (que responde a la fuerza mecánica) con selectividad de iones de potasio. Sus hallazgos se publican en el Journal of the American Chemical Society .

Hablando sobre el estudio, Assist. El profesor Sato y el profesor Kinbara, afiliados a la Escuela de Ciencias de la Vida y Tecnología del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dicen:"Con nuestra experiencia en el diseño de anfífilos multibloque que se autoensamblan para formar canales de iones supramoleculares, planteamos la hipótesis de que los anfífilos lineales no eran adecuados para transportar iones específicos; por lo tanto, intentamos modificaciones estructurales para incorporar tanto la capacidad de respuesta a los estímulos como la selectividad de iones".

Los investigadores modificaron la estructura de una molécula orgánica compleja conocida como anfífilo multibloque para incorporar una unidad aromática perfluorada. La estructura resultante, un ciclofano anfifílico fluorado, contenía unidades de oligo(fenileno-etinileno) perfluoradas hidrofóbicas y enlazadores de octa(etilenglicol) hidrofílicos. Los investigadores también diseñaron un ciclofano anfifílico parcialmente fluorado y otro no fluorado para investigar el impacto de la fluoración aromática.

La microscopía reveló que tanto el ciclofano perfluorado, denominado C_FF, y el ciclofano parcialmente fluorado, llamado C_FH , podría incorporarse en la membrana de bicapa lipídica, mientras que el ciclofano no fluorado no podría. Luego, los investigadores analizaron la propiedad de transporte de iones, la capacidad de respuesta a los estímulos y la selectividad de iones de potasio de C_FF y C_FH mediante mediciones de conductancia, ensayos de fluorescencia y estudios computacionales. Identificaron que tanto C_FF y C_FH autoensamblado en la membrana bicapa para formar canales iónicos supramoleculares. Además, el flujo de corriente a través de la membrana confirmó la propiedad de transporte de iones transmembrana de ambos C_FF y C_FH , más eficiente y pronunciado en C_FF .

Los cambios en el flujo de corriente al aplicar tensión en la membrana confirmaron aún más la capacidad de respuesta a los estímulos de los canales formados por C_FF y C_FH . La propiedad de transporte de iones de C_FF se vio afectado significativamente, mientras que no cambió mucho para C_FH . Asistir. El Prof. Sato, el Prof. Kinbara y su equipo atribuyen estas variaciones a la interacción diferencial de las unidades aromáticas de C_FH y C_FF dentro de la membrana.

Por último, el ensayo de fluorescencia reveló la mayor permeabilidad de C_FF para los iones de potasio en comparación con otros cationes de metales alcalinos. El equipo descubrió que la mayor afinidad de los iones de potasio por los átomos de flúor en el núcleo de la estructura era responsable de este fenómeno.

Comentando sobre estos hallazgos, Asist. El Prof. Sato y el Prof. Kinbara dicen:"El hecho de que un canal iónico supramolecular formado por C_FF posee tal capacidad de respuesta a los estímulos y la selectividad de los iones de potasio no solo es intrigante, sino también sorprendentemente similar a los canales mecanosensibles que se encuentran en las neuronas de los mamíferos".

Con esta demostración, ya se vislumbran posibilidades como el desarrollo de terapias para enfermedades relacionadas con los canales iónicos, la manipulación de procesos biológicos importantes y el desarrollo de tecnologías de purificación de materiales industriales. + Explora más

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