(PhysOrg.com) -- Les chercheurs de Penn ont aidé à développer un dispositif nanotechnologique qui combine des nanotubes de carbone avec des protéines réceptrices olfactives, les composants cellulaires du nez qui détectent les odeurs.

Étant donné que les récepteurs olfactifs appartiennent à une classe plus large de protéines impliquées dans la transmission de signaux à travers la membrane cellulaire, ces appareils pourraient avoir des applications au-delà de la détection des odeurs, comme la recherche pharmaceutique.

La recherche a été dirigée par le professeur A. T. Charlie Johnson, le boursier postdoctoral Brett R. Goldsmith et l'étudiant diplômé Mitchell T. Lerner du Département de physique et d'astronomie de la School of Arts and Sciences, avec le professeur adjoint Bohdana M. Discher et le boursier postdoctoral Joseph J. Mitala Jr. du Département de biophysique et de biochimie de la Penn's Perelman School of Medicine. Ils ont collaboré avec des chercheurs du Monell Chemical Senses Center, l'Université de Miami, l'Université de l'Illinois, Université de Princeton et deux entreprises privées, Nanosense Inc. et Evolved Machines Inc.

Leurs travaux ont été publiés dans la revue ACS Nano .

L'équipe Penn a travaillé avec des récepteurs olfactifs dérivés de souris, mais tous les récepteurs olfactifs font partie d'une classe de protéines appelées récepteurs couplés aux protéines G, ou GPCR. Ces récepteurs sont situés sur la membrane externe des cellules, où certains produits chimiques de l'environnement peuvent s'y lier. L'action de liaison est la première étape d'une cascade chimique qui conduit à une réponse cellulaire; dans le cas d'un récepteur olfactif, cette cascade conduit à la perception d'une odeur.

L'équipe Penn a réussi à construire une interface entre cette protéine compliquée et un transistor à nanotubes de carbone, leur permettant de convertir les signaux chimiques que le récepteur produit normalement en signaux électriques, qui pourraient être incorporés dans un certain nombre d'outils et de gadgets.

« Nos appareils nanotechnologiques sont des éléments de lecture; ils écoutent ce que font les récepteurs olfactifs, précisément quelles molécules y sont liées, ", a déclaré Johnson.

Comme le GPCR particulier avec lequel l'équipe a travaillé était un récepteur olfactif, le cas de test pour leur dispositif à nanotubes était de fonctionner comme un capteur pour les produits chimiques en suspension dans l'air.

"S'il y a quelque chose dans l'atmosphère qui veut se lier à cette molécule, le signal que nous recevons à travers le nanotube indique quelle fraction du temps est quelque chose de lié ou non. Cela signifie que nous pouvons obtenir une lecture contiguë indiquant la concentration de la molécule dans l'air, ", a déclaré Johnson.

Alors que l'on pourrait imaginer étendre ces dispositifs à nanotubes dans un nez synthétique - en faire un pour chacun des quelque 350 GPCR olfactifs dans un nez humain, ou le 1, 000 trouvés chez un chien - Johnson pense que les applications médicales sont beaucoup plus proches d'être réalisées.

« Les GPCR sont des cibles médicamenteuses courantes, " a-t-il dit. "Comme ils sont connus pour être très importants dans les interactions cellule-environnement, ils sont très importants en ce qui concerne la pathologie de la maladie. À cet égard, nous avons maintenant un moyen d'interroger ce à quoi ces GPCR répondent réellement. Vous pouvez imaginer construire une puce avec plusieurs de ces appareils, chacun avec des GPCR différents, et les exposer tous à la fois à divers médicaments pour voir lequel est efficace pour déclencher une réponse.

Il est important de déterminer quels types de médicaments se lient le plus efficacement aux GPCR, car les agents pathogènes attaquent souvent également via ces récepteurs. Mieux un produit chimique inoffensif s'attache à un GPCR pertinent, mieux c'est pour bloquer la maladie.

L'équipe Penn a également réalisé une avancée technique en stabilisant les GPCR pour les recherches futures.

« Dans le passé, si vous retirez une protéine d'une cellule et la mettez sur un appareil, ça peut durer une journée. Mais ici, nous l'avons intégré dans une membrane cellulaire artificielle à l'échelle nanométrique, qui s'appelle un nanodisque, ", a déclaré Johnson. "Quand on a fait ça, ils ont duré deux mois et demi, au lieu d'un jour.

L'augmentation de la durée de vie de tels dispositifs pourrait être bénéfique à deux domaines scientifiques avec un chevauchement croissant, comme en témoigne le grand, équipe de recherche interdisciplinaire impliquée dans l'étude.

« La vue d'ensemble est d'intégrer la nanotechnologie à la biologie, " a déclaré Johnson. "Ces machines moléculaires compliquées sont la principale méthode de communication entre l'intérieur de la cellule et l'extérieur, et maintenant nous intégrons leurs fonctionnalités à nos appareils nanotechnologiques.