(PhysOrg.com) - Los investigadores de Penn han ayudado a desarrollar un dispositivo de nanotecnología que combina nanotubos de carbono con proteínas receptoras olfativas, los componentes celulares de la nariz que detectan los olores.

Debido a que los receptores olfativos pertenecen a una clase más amplia de proteínas que participan en el paso de señales a través de la membrana celular, estos dispositivos podrían tener aplicaciones más allá de la detección de olores, como la investigación farmacéutica.

La investigación fue dirigida por el profesor A. T. Charlie Johnson, el becario postdoctoral Brett R. Goldsmith y el estudiante graduado Mitchell T. Lerner del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias, junto con el profesor asistente Bohdana M. Discher y el becario postdoctoral Joseph J. Mitala Jr. del Departamento de Biofísica y Bioquímica de la Facultad de Medicina Perelman de Penn. Colaboraron con investigadores del Centro Monell Chemical Senses, la Universidad de Miami, la Universidad de Illinois, Universidad de Princeton y dos empresas privadas, Nanosense Inc. y Evolved Machines Inc.

Su trabajo fue publicado en la revista ACS Nano .

El equipo de Penn trabajó con receptores olfativos derivados de ratones, pero todos los receptores olfativos son parte de una clase de proteínas conocidas como receptores acoplados a proteínas G, o GPCR. Estos receptores se encuentran en la membrana externa de las células, donde ciertos productos químicos en el medio ambiente pueden unirse a ellos. La acción de unión es el primer paso en una cascada química que conduce a una respuesta celular; en el caso de un receptor olfativo, esta cascada conduce a la percepción de un olor.

El equipo de Penn logró construir una interfaz entre esta complicada proteína y un transistor de nanotubos de carbono, permitiéndoles convertir las señales químicas que el receptor normalmente produce en señales eléctricas, que podría incorporarse en cualquier número de herramientas y dispositivos.

“Nuestros dispositivos nanotecnológicos son elementos de lectura; escuchan a escondidas lo que hacen los receptores olfativos, específicamente qué moléculas están unidas a ellos, ”Dijo Johnson.

Como el GPCR particular con el que trabajó el equipo era un receptor olfativo, el caso de prueba para su dispositivo de nanotubos iba a funcionar como sensor de sustancias químicas en el aire.

"Si hay algo en la atmósfera que quiera unirse a esta molécula, la señal que obtenemos a través del nanotubo es sobre qué fracción del tiempo es algo ligado o no. Eso significa que podemos obtener una lectura contigua que sea indicativa de la concentración de la molécula en el aire, ”Dijo Johnson.

Si bien uno podría imaginar la ampliación de estos dispositivos de nanotubos en una nariz sintética, haciendo uno para cada uno de los aproximadamente 350 GPCR olfativos en una nariz humana, o el 1, 000 encontrados en un perro:Johnson cree que las aplicaciones médicas están mucho más cerca de realizarse.

"Los GPCR son objetivos habituales de los fármacos, ”Dijo. “Dado que se sabe que son muy importantes en las interacciones entre la célula y el entorno, son muy importantes con respecto a la patología de la enfermedad. En ese sentido, ahora tenemos un camino para interrogar a qué responden realmente esos GPCR. Puede imaginarse la construcción de un chip con muchos de estos dispositivos, cada uno con diferentes GPCR, y exponerlos a todos a la vez a varios medicamentos para ver cuál es eficaz para desencadenar una respuesta ".

Es importante averiguar qué tipos de fármacos se unen de forma más eficaz a los GPCR porque los patógenos a menudo también atacan a través de esos receptores. Cuanto mejor se adhiera una sustancia química inofensiva a un GPCR relevante, mejor bloqueará la enfermedad.

El equipo de Penn también hizo un avance técnico en la estabilización de los GPCR para futuras investigaciones.

"En el pasado, si extrae una proteína de una célula y la coloca en un dispositivo, podría durar un día. Pero aquí, lo incrustamos en una membrana celular artificial a nanoescala, que se llama nanodisco, ”Dijo Johnson. "Cuando hicimos eso, duraron dos meses y medio, en lugar de un día ".

Aumentar la vida útil de dichos dispositivos podría ser beneficioso para dos campos científicos con una superposición creciente, como lo demuestran los grandes, equipo de investigación interdisciplinario involucrado en el estudio.

“El panorama general es la integración de la nanotecnología con la biología, Johnson dijo. “Estas complicadas máquinas moleculares son el principal método de comunicación entre el interior de la célula y el exterior, y ahora estamos incorporando su funcionalidad con nuestros dispositivos nanotecnológicos ".