Intrigués par les propriétés des protéines des canaux ioniques couramment observées dans les cellules, les chercheurs de Tokyo Tech ont développé le premier canal potassique synthétique mécanosensible en utilisant un cyclophane amphiphile fluoré aromatique nouvellement développé. Présentant à la fois des capacités de "réactivité aux stimuli" et de "transport sélectif des ions", leur nouveau canal ionique pourrait ouvrir de nouvelles portes pour l'utilisation thérapeutique et industrielle future des canaux mécanosensibles synthétiques.

La nature inspire l'humanité d'une myriade de façons. Prenons, par exemple, les protéines des canaux de transport d'ions "sensibles aux stimuli". Ces protéines se trouvent intégrées dans les membranes cellulaires et répondent à une variété de stimuli externes, notamment la lumière, le pH et la force mécanique. Compte tenu de leur rôle crucial dans plusieurs processus biologiques, les chercheurs ont tenté de synthétiser les versions artificielles de ces protéines de canal pour une utilisation dans des contextes thérapeutiques et industriels. Cependant, le succès de leur synthèse a été insaisissable. Les exigences structurelles complexes pour la réactivité aux stimuli et les propriétés spécifiques de transport des ions ont été identifiées comme le principal obstacle à leur synthèse.

Surmontant ces difficultés, des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), dirigés par le professeur adjoint Kohei Sato et le professeur titulaire Kazushi Kinbara, ont récemment développé le premier canal synthétique mécanosensible (réactif à la force mécanique) avec une sélectivité en ions potassium. Leurs découvertes sont publiées dans le Journal of the American Chemical Society .

En parlant de l'étude, Assist. Le professeur Sato et le professeur Kinbara, affiliés à l'École des sciences et technologies de la vie de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), déclarent :"Grâce à notre expérience dans la conception d'amphiphiles multiblocs qui s'auto-assemblent pour former des canaux ioniques supramoléculaires, nous avons émis l'hypothèse que les amphiphiles linéaires n'étaient pas adaptés au transport d'ions spécifiques ; par conséquent, nous avons tenté des modifications structurelles pour incorporer à la fois la réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions. »

Les chercheurs ont peaufiné la structure d'une molécule organique complexe connue sous le nom d'amphiphile multibloc pour incorporer une unité aromatique perfluorée. La structure résultante, un cyclophane amphiphile fluoré, contenait des unités oligo(phénylène-éthynylène) perfluorées hydrophobes et des lieurs octa(éthylène glycol) hydrophiles. Les chercheurs ont également conçu un cyclophane amphiphile partiellement fluoré et un cyclophane non fluoré pour étudier l'impact de la fluoration aromatique.

La microscopie a révélé que le cyclophane perfluoré, nommé C_FF, et le cyclophane partiellement fluoré, nommé C_FH , pourrait s'incorporer dans la membrane bicouche lipidique, contrairement au cyclophane non fluoré. Les chercheurs ont ensuite analysé la propriété de transport des ions, la réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions potassium de C_FF et C_FH en utilisant des mesures de conductance, des tests de fluorescence et des études informatiques. Ils ont identifié que les deux C_FF et C_FH auto-assemblés dans la membrane bicouche pour former des canaux ioniques supramoléculaires. De plus, le flux de courant à travers la membrane a confirmé la propriété de transport transmembranaire des ions à la fois C_FF et C_FH , plus efficace et prononcé en C_FF .

Les changements dans le flux de courant lors de l'application de la tension de la membrane ont confirmé la réactivité aux stimuli des canaux formés par C_FF et C_FH . La propriété de transport d'ions de C_FF a été affecté de manière significative, alors qu'il n'a pas beaucoup changé pour C_FH . Aider. Le Pr Sato, le Pr Kinbara et leur équipe attribuent ces variations à l'interaction différentielle des unités aromatiques du C_FH et C_FF dans la membrane.

Enfin, le test de fluorescence a révélé la perméabilité la plus élevée de C_FF pour les ions potassium par rapport aux autres cations de métaux alcalins. L'équipe a découvert que l'affinité plus élevée des ions potassium pour les atomes de fluor au cœur de la structure était responsable de ce phénomène.

Commentant ces conclusions, Assist. Le professeur Sato et le professeur Kinbara disent :"Le fait qu'un canal ionique supramoléculaire formé par C_FF possède une telle réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions potassium est non seulement intrigante, mais aussi étonnamment similaire aux canaux mécanosensibles trouvés dans les neurones de mammifères."

Avec cette démonstration, des possibilités telles que le développement de thérapies pour les maladies liées aux canaux ioniques, la manipulation de processus biologiques importants et le développement de technologies industrielles de purification de matériaux sont déjà en vue. + Explorer plus loin

Double plaisir :le nouveau canal ionique transmembranaire synthétique peut être activé de deux manières