Al igual que los trabajadores de una fábrica, las enzimas pueden crear un producto final de manera más eficiente si se unen en un solo lugar y pasan la materia prima de enzima a enzima, al estilo de la línea de ensamblaje. Según los científicos del Instituto para Animales de Baker de CornellHealth, el primer equipo en recrear una vía biológica de 10 pasos con todas las enzimas ligadas a las nanopartículas.
Se inspiraron para estudiar cómo las nanopartículas podrían obtener funciones biológicas a través de las enzimas que impulsan las colas de los espermatozoides, que convierten el azúcar en lactato y energía tan rápidamente que los espermatozoides pueden acelerar a cinco longitudes del cuerpo por segundo.
"Los espermatozoides tienen un sistema de producción de energía altamente eficiente", dijo el autor principal del estudio, Chinatsu Mukai, investigador asociado postdoctoral. En el laboratorio del Instituto Baker de Alex Travis, profesor asociado de biología reproductiva, Mukai y otros habían estado estudiando el metabolismoy la función de los espermatozoides. Travis tuvo la idea de imitar la forma en que las enzimas de la cola de los espermatozoides se unen a un soporte sólido en un intento por lograr el mismo tipo de eficiencia en pequeños dispositivos hechos por el hombre.
En la mayoría de las células, la mayoría de las enzimas que llevan a cabo el proceso de convertir el azúcar en energía, llamada glucólisis, flotan y recogen las moléculas en las que trabajan a medida que avanzan. Pero en los espermatozoides, las enzimas que llevan a cabo la glucólisistienen regiones especiales que unen las enzimas a un andamio de proteínas sólidas que se encuentra justo debajo de la membrana que cubre la célula y se extiende a lo largo de la cola.
"El azúcar entra a través de la membrana, golpea las enzimas inmediatamente debajo, y luego se procesa y pasa por la línea, dando producción de energía de una manera de alto rendimiento", dijo Travis.
El sistema desarrollado por Mukai, Travis y su equipo funciona de la misma manera: la molécula de azúcar se procesa de principio a fin mediante enzimas unidas a nanopartículas. En comparación con las enzimas que flotan libremente en la solución, el sistema de enzimas ligadas procesa la glucosa hasta el finalproducto, lactato, de manera más eficiente, dejando concentraciones más bajas de productos intermedios que el sistema enzimático de flotación libre. Obtener una vía de 10 pasos para funcionar con todos los componentes unidos es un aumento exponencial con respecto a estudios anteriores, que informaron un máximo de dos a trespasos.
Si el trabajo se puede mejorar para ser un productor neto de energía, podría haber una serie de aplicaciones prácticas, dijo Travis. En el esperma, la energía se usa para nadar y la señalización que le permite fertilizar un óvulo, pero ennanobiotecnología, la energía podría usarse para alimentar dispositivos que realizan una variedad de trabajos.
"Imagine dispositivos del tamaño de células sanguíneas, cada uno con un medicamento de quimioterapia. Si está equipado con este tipo de motor, entonces los dispositivos podrían producir su propia energía a partir del azúcar en el torrente sanguíneo. Usando bombas moleculares alimentadas por esa energía, los dispositivos podríanexpulse esa carga de drogas a tasas definidas, y específicamente donde sea necesario, como en el sitio de un tumor sólido ", dijo Travis. Su equipo ya ha aplicado el concepto de enzimas atadas en un dispositivo para detectar signos de accidente cerebrovascular o cerebro traumáticolesión en muestras de sangre, una tecnología que él y su laboratorio planean comercializar.
Incluso puede representar un paso más cerca de darse cuenta del potencial de las células artificiales, dijo Mukai.
"No se puede hacer una célula artificial sin vías metabólicas, por lo que este es el progreso en esa dirección", dijo.
El estudio fue apoyado por una Beca Pioneer de los Institutos Nacionales de Salud y publicado en la revista Angewandte Chemie 30 de noviembre
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Merry R. Buckley. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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