شبیه‌سازی عملکرد سلول‌ها با نانو ساختاری شبیه به شیشه مربا

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، از آنجا که واکسیناسیون علیه ویروس کرونا به خوبی در حال انجام است، مردم در انتظار بازگشت به زندگی عادی هستند. با این حال، ترس نیز به‌دلیل عوارض جانبی پیش‌بینی نشده مانند ترومبوز نادر افزایش یافته است.

در بدن، زندگی با حرکت مواد یا چرخش انرژی حفظ می‌شود. واکنش‌های شیمیایی با حضور اندامک‌ها یا ساختار‌های اصلی سلول‌ها که آنزیم‌ها یا کوفاکتور‌های خاصی را در خود جای می‌دهند، تنظیم می‌شوند.

یک نانوراکتور با فعالیت کاتالیزور مصنوعی که عملکردی شبیه به آنزیم هم داشته باشد، همانند اندام‌های مصنوعی عمل کرده و عملکرد سلول را شبیه‌سازی می‌کند. چنین پلتفورمی برای سنتز انتخابی مولکول‌های فعال زیستی انانتیومری ایجاد می‌کند. چنین ترکیباتی می‌تواند به عوامل بیماری‌زا – مانند دارو‌ها – در بدن پاسخ دهند.

با این حال، تاکنون یک نانوراکتور با عملکرد کاتالیزور مصنوعی و هم آنزیم ساخته نشده است. برای این منظور، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه علم و صنعت پوهانگ (POSTECH) نانوساختار شیمیایی-آنزیمی را ساخته است که می‌تواند به‌ صورت انتخابی یک انانتیومر را سنتز کند، در حالی که مانند یک اندام مصنوعی در سلول عمل می‌کند.

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور این سو لی، موفق به طراحی یک نانوساختار سیلیس (SiJAR) به‌عنوان یک اندام مصنوعی برای سنتز انتخابی انانتیومر‌ها در سلول‌ها شده است.

نتایج این یافته‌ها در قالب مقاله‌ای با عنوان Silica Jar-with-Lid as Chemo-Enzymatic Nano-Compartment for Enantioselective Synthesis inside Living Cells در مجله Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.

اولین ملاحظاتی که در طراحی نانوساختار‌ها برای کاربرد‌های درون سلولی وجود دارد، بومی‌سازی و حفظ سطح واکنش نانوبلور‌های کاتالیزوری است که در عین حال محافظت از آنزیم در برابر غیرفعال‌سازی را نیز انجام دهد.

تاکنون کاتالیز نانوساختار‌های توخالی الهام گرفته از طبیعت که نانوبلور‌ها یا آنزیم‌های کاتالیزوری یا هر دو را در بر می‌گیرد، فقط به‌صورت آزمایشگاهی ساخته شده است و در موجودات زنده نشان داده نشده است.

محققان نانوساختار سیلیس به شکل یک شیشه مربا ساختند که دارای درپوش‌های فلزی و سیلیکاتی بوده و این درپوش به‌دلیل اصلاحات شیمیایی انجام شده به عوامل محیطی پاسخ می‌دهد.

درِ این راکتور، در شرایط اسیدی ملایم باز شده و مسیری برای ورود به داخل این راکتور باز می‌شود. در این حالت فلزات کاتالیستی روی درب این نانوراکتور به داخل کشیده می‌شوند. این ساختار باز، فضایی ایجاد می‌کند که آنزیم‌های بزرگ می‌توانند درون آن قرار گرفته و محصور شوند.

علاوه‌بر این، محققان تأیید کردند که این ساختار به‌عنوان یک اندامک کاتالیزوری مصنوعی با انجام پایدار واکنش درون سلول‌های زنده، عمل می‌کند.