Las moléculas motorizadas impulsadas por la luz se han utilizado para perforar agujeros en las membranas de células individuales y son prometedoras para llevar agentes terapéuticos a las células o inducir directamente a las células a morir.
Investigadores de las universidades estatales de Rice, Durham Reino Unido y Carolina del Norte demostraron en pruebas de laboratorio cómo los rotores de las nanomáquinas de una sola molécula pueden activarse mediante la luz ultravioleta para girar a 2 o 3 millones de rotaciones por segundo y abrir membranas en las células.
Los investigadores utilizaron motores basados en el trabajo del premio Nobel Bernard Feringa, quien ganó el premio de química en 2016. El motor en sí es una cadena de átomos en forma de paleta que se puede impulsar en una sola dirección cuando recibe energía.Montado adecuadamente como parte de la molécula dirigida a la célula, se puede hacer que el motor gire cuando se activa mediante una fuente de luz.
El trabajo detallado esta semana en Naturaleza fue dirigido por los químicos James Tour de Rice, Robert Pal de Durham y Gufeng Wang del estado de Carolina del Norte. Sus laboratorios colaboraron para crear varias moléculas motorizadas que pueden alojarse en células específicas, y vieron lo que sucede cuando activan los motores conligero.
El laboratorio Tour demostró previamente motores moleculares cuya difusión en una solución se mejoró, si no se dirigió específicamente, cuando se activó con luz ultravioleta. Los rotores necesitaban girar entre 2 y 3 megahercios - 2 a 3 millones de veces por segundo - amuestran que podrían superar los obstáculos presentados por las moléculas adyacentes y superar el movimiento browniano natural.
"Pensamos que podría ser posible unir estas nanomáquinas a la membrana celular y luego encenderlas para ver qué sucedió", dijo Tour. Los motores, de solo un nanómetro de ancho, pueden diseñarse para apuntar y luego hacer un túnel a travésLa membrana de la bicapa lipídica de una célula para administrar medicamentos u otras cargas útiles o interrumpir la membrana de 8-10 nanómetros de ancho, matando así la célula. También pueden funcionalizarse para la solubilidad y el seguimiento fluorescente, dijo.
"Estas nanomáquinas son tan pequeñas que podríamos estacionar 50,000 de ellas a lo largo del diámetro de un cabello humano, pero tienen los componentes de activación y activación combinados en ese paquete diminuto para hacer que las máquinas moleculares sean una realidad para tratar enfermedades", dijo Tour.
El laboratorio de Rice creó 10 variantes, incluidas moléculas portadoras de motores de varios tamaños y nanomáquinas portadoras de péptidos diseñadas para atacar células específicas para la muerte, así como para controlar moléculas idénticas a las otras nanomáquinas pero sin motores.
El laboratorio Wang primero probó con éxito la capacidad de la molécula motorizada para abrir una vesícula de bicapa lipídica sintética, permitiendo que la solución teñida ingrese. A continuación, atraparon motores moleculares que transportan colorantes dentro de una vesícula, los activaron con luz ultravioleta y observaron cómo el fluorescenteel tinte se desvaneció, lo que sugirió que el motor había perforado la pared de la vesícula.
Los investigadores descubrieron que el motor tarda al menos un minuto en hacer un túnel a través de una membrana. "Es muy poco probable que una célula pueda desarrollar resistencia a la acción mecánica molecular", dijo Tour.
Pal espera que las nanomáquinas ayuden a combatir los cánceres como los tumores de mama y los melanomas que resisten la quimioterapia existente. "Una vez desarrollado, este enfoque podría proporcionar un cambio potencial en el tratamiento del cáncer no invasivo y mejorar en gran medida las tasas de supervivencia y el bienestar del paciente a nivel mundial", dijo.
El laboratorio de Pal en Durham probó motores en células vivas, incluidas las células de cáncer de próstata humano. Los experimentos demostraron que sin un disparador ultravioleta, los motores podían localizar células específicas de interés pero permanecían en la superficie de las células objetivo y no podían perforar las célulasSin embargo, cuando se activan, los motores perforan rápidamente a través de las membranas.
Los motores de prueba diseñados para atacar a las células de cáncer de próstata atravesaron sus membranas desde el exterior y las mataron dentro de uno a tres minutos de la activación, dijo Pal. Los videos de las células mostraron un aumento de la formación de burbujas - burbujeo de la membrana - minutos después de la activación.
Los motores moleculares más pequeños eran más difíciles de rastrear pero demostraron ser mejores para ingresar a las células rápidamente tras la activación ultravioleta, interrumpiendo sus membranas y matándolos. Las moléculas de control sin motor no pudieron matar las células tras la exposición ultravioleta, lo que eliminó la absorción térmica de la luz ultravioleta como la causade interrupción, según los investigadores.
Esperan que los rotores eventualmente se activen por absorción de dos fotones, luz infrarroja cercana o frecuencias de radio, lo que haría que la técnica sea más viable para el tratamiento in vivo; esto allanaría el camino hacia el establecimiento de un sistema nuevo, fácil y fácilterapia fotodinámica rentable.
"Los investigadores ya están realizando experimentos en microorganismos y peces pequeños para explorar la eficacia in vivo", dijo Tour. "La esperanza es trasladar esto rápidamente a los roedores para probar la eficacia de las nanomáquinas para una amplia gama de terapias medicinales"."
El estudiante graduado de Rice, Víctor García-López, es el autor principal del estudio. Los coautores son los estudiantes graduados Lizanne Nilewski y Amir Aliyan; el científico investigador Guillaume Duret; Anatoly Kolomeisky, profesor de química e ingeniería química y biomolecular; y Jacob Robinson,profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, todo Rice, y ex alumno del estado de Carolina del Norte Fang Chen. Pal es miembro de la Royal Society University Research Fellow en Durham Reino Unido. Wang es profesor asistente de química analítica en el estado de Carolina del Norte.la Cátedra TT y WF Chao en Química, así como profesor de informática y ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :