Chemiker an der Tokyo Tech Labor für Chemie und Life Science haben entworfen und entwickelt eine Kapsel-förmigen synthetischen rezeptor, der unterscheiden kann zwischen männlichen und weiblichen Steroidhormone. Nämlich, der rezeptor zeigt ungewöhnlich hohe Bindungsaffinität gegenüber androgenen[1] männlicher Hormone im Wasser.
Heute veröffentlicht in der Wissenschaft Fortschritte, Ihre Leistung ist ein Paradebeispiel für biomimetische design[2] — die Schaffung von Systemen, die mimik Ideen aus der Natur. „Die natürlichen biologischen Rezeptoren erkennen können kleine strukturelle Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Steroidhormone mit Ihrem protein-Taschen,“ sagen die Autoren. „Allerdings, es war schwierig zu emulieren, diese Funktion künstlich bis jetzt.“
Der Schlüssel zu Ihrem Durchbruch war es das einzigartige design der Hohlraum (imitiert die Natürliche Tasche, aber mit unnatürlich Komponenten) innerhalb des Rezeptors. Dieser Hohlraum, umgeben von polycyclische aromatische frameworks[3], zusammen gehalten mit Metall-Ionen, aktiviert ist der rezeptor so zu handeln, als ein semi-rigid container — man flexibel genug, um ergänzen die Form des Hormons, und um eine wirksame Verklebung Interaktionen.
Die Studie, die von Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina und co-workers, ist eine Fortsetzung des Teams der bisherigen Arbeit auf die Entwicklung von innovativen nanocapsules für eine Breite Palette von biosensing-Anwendungen im medizinischen und ökologischen Bereich.
Ihre Experimente zeigten, dass das synthetische rezeptor bevorzugt bindet der steroid-Sexualhormone in einer Reihenfolge, die ähnlich dem natürlichen androgen-Rezeptoren, beginnend mit männlichen Hormonen wie Testosteron und Androsteron, gefolgt von weiblichen Hormonen wie Progesteron und beta-estradiol. Wenn in einer Mischung von männlichen und weiblichen Hormonen, suspendiert in einer wässrigen Lösung bei 60 Grad Celsius für zehn Minuten, wird der rezeptor ausschließlich gebundene Testosteron mit mehr als 98% Selektivität. Dieses hohe Maß an Selektivität erreicht wurde, auch wenn die Mischung enthielt einen großen überschuss an weiblichen Hormonen.
Mit X-ray crystallographic analysis, beobachteten die Forscher, dass die kugelförmigen Hohlraum wird verzerrt in eine elliptische Form auf die Kapselung von Testosteron. Sie sagen, dass diese Konformationsänderung trägt zur Verbesserung der intermolekularen Wechselwirkungen zwischen dem rezeptor und das Hormon.
Gehen wir noch einen Schritt weiter, das team entwickelt, ein Weg, mit dem rezeptor zu erkennen extrem geringe Mengen des männlichen Hormons. Sie bereiteten eine rezeptor-Farbstoff-Komplex, der strahlt bläulich-grüne Fluoreszenz ohne Testosteron. Durch hinzufügen von ein Nanogramm Menge an Testosteron, die Fluoreszenz deutlich gesunken, auf der Verkapselung, die eine Bemerkenswerte neue ultrasensitive detection-Methode.
„Wir erwarten, dass unsere synthetischen Rezeptors für die Entwicklung von praktischen, hochempfindliche analytische Geräte für die steroid-Sexualhormone, angefangen von medizinischen Werkzeugen, um doping-Kontrollen im Sport, in Naher Zukunft“, sagen die Forscher.
Technische Bedingungen
[1] Androgene: die Beschreibung einer Gruppe der steroid-Geschlechtshormone überwiegend beteiligt bei der Regulierung der Entwicklung des männlichen reproduktiven Systems.
[2] Biomimetische design: Ein Forschungsfeld, das nimmt inspiration aus biologischen oder natürlichen Systemen (z.B. Strukturen und Funktionen) für die Entwicklung neuartiger Materialien und Geräte.
[3] polycyclische aromatische frameworks: Planare molekulare Strukturen, die aus mehreren benzolringen miteinander verschmolzen.
Weiterführende links
Akita-Yoshizawa Lab. http://www.res.titech.ac.jp/~smart/smart_e.html
Michito Yoshizawa — Neuartigen Nanostrukturen mit Selbstmontage https://www.titech.ac.jp/english/research/stories/yoshizawa.html
Genaue Masse Analyse der Schwefel-Cluster bei der Kapselung durch eine polycyclische aromatische Kapselfibrose matrix https://www.nature.com/articles/s41467-017-00605-5
Süßer Erfolg: Nanocapsule perfekt bindet Saccharose in Wasser https://www.titech.ac.jp/english/news/2017/039190.html