Un equipo dirigido por los científicos de Lawrence Livermore ha creado un nuevo tipo de canal iónico basado en nanotubos de carbono cortos, que se pueden insertar en bicapas sintéticas y membranas de células vivas para formar poros diminutos que transportan agua, protones, iones pequeños y ADN.

Estas "porinas" de nanotubos de carbono tienen implicaciones significativas para las futuras aplicaciones de bioingeniería y de atención médica. Las porinas de nanotubos eventualmente podrían usarse para administrar medicamentos al cuerpo, servir como base de nuevos biosensores y aplicaciones de secuenciación de ADN, y utilizarse como componentes de células sintéticas.

Los investigadores han estado interesados ​​desde hace mucho tiempo en desarrollar análogos sintéticos de canales de membranas biológicas que pudieran replicar una alta eficiencia y una selectividad extrema para transportar iones y moléculas que se encuentran típicamente en los sistemas naturales. Sin embargo, estos esfuerzos siempre implicaron problemas al trabajar con sintéticos y nunca igualaron las capacidades de las proteínas biológicas.

A diferencia de tomar una pastilla que se absorbe lentamente y se administra a todo el cuerpo, Los nanotubos de carbono pueden señalar un área exacta a tratar sin dañar los otros órganos circundantes.

"Muchos medicamentos buenos y eficientes que tratan las enfermedades de un órgano son bastante tóxicos para otro, "dijo Aleksandr Noy, un biofísico de LLNL que dirigió el estudio y es el autor principal del artículo que aparece en la edición del 30 de octubre de la revista, Naturaleza . "Es por eso que la entrega a una parte particular del cuerpo y solo liberarla allí es mucho mejor".

El equipo de Lawrence Livermore, junto con colegas de Molecular Foundry en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Campus de la Universidad de California Merced y Berkeley, y la Universidad del País Vasco en España crearon un nuevo tipo de sistema mucho más eficiente, Canal de poros de membrana biocompatible de un nanotubo de carbono (CNT), una molécula parecida a una pajita que consiste en una hoja de grafeno enrollada.

Esta investigación mostró que a pesar de su simplicidad estructural, Las porinas CNT muestran muchos comportamientos característicos de los canales iónicos naturales:se insertan espontáneamente en las membranas, cambiar entre estados de conductancia metaestable, y presentan bloqueos característicos inducidos por macromoléculas. El equipo también descubrió que, al igual que en los canales biológicos, Los canales locales y las cargas de la membrana podrían controlar la conductancia iónica y la selectividad iónica de las porinas CNT.

"Descubrimos que estos nanoporos son una plataforma biomimética prometedora para desarrollar interfaces celulares, estudiar el transporte en canales biológicos, y creando biosensores, ", Dijo Noy." Estamos pensando en las porinas CNT como un primer nanoporo sintético verdaderamente versátil que puede crear una gama de aplicaciones en biología y ciencia de los materiales ".

"Tomados en conjunto, Nuestros hallazgos establecen las porinas CNT como un prototipo prometedor de un canal de membrana sintética con robustez inherente a los desafíos biológicos y químicos y una biocompatibilidad excepcional que debería resultar valiosa para aplicaciones de interfaz bionanofluídica y celular. "dijo Jia Geng, un postdoctorado que es el primer coautor del artículo.

Kyunghoon Kim, un postdoctorado y otro coautor, agregó:"También esperamos que nuestras porinas de CNT puedan modificarse con 'compuertas' sintéticas para alterar drásticamente su selectividad, abriendo interesantes posibilidades para su uso en células sintéticas, administración de fármacos y biodetección ".