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碳納米管創造人工細胞膜通道 有望實現精确治療

鳳凰科技訊 北京時間10月31日消息 據科學日報報道,近日由美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家帶領的科研小組創造了一個包含短碳納米管的離子通道,後者可以被插入合成磷脂雙分子層或者活的細胞膜以形成小的孔,用于傳輸水、質子、小型離子和DNA。

包含短碳納米管的離子通道,可以被插入活的細胞膜以形成小的孔

這些碳納米管“膜孔蛋白”對于未來健康保健和生物工程具有重要的啟示意義。碳納米管最終将用于将藥物傳輸至體内,可以作為新型生物傳感器和DNA測序應用的基礎,且可以被用于合成細胞的組成部分。

一直以來研究人員都對研發生物細胞膜通道的人工合成類似物非常感興趣,這些人工合成物或可以複制傳輸粒子和分子的高效率和極度選擇性,後者常見于自然系統裡。然而,這些努力總會面臨人工合成學裡的一些問題,科學家們似乎永遠無法完全模拟生物蛋白質的性能。

一般來說服用的藥片會被身體緩慢吸收然後運輸至身體各處,但碳納米管有所不同,它能夠确定一個需要治療的精确區域而不會傷害周圍的其它器官。“很多治療一個器官疾病的高效藥物會對其它器官産生毒性,” 帶領進行這些研究的文章首席作者、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的生物物理學家亞曆山大•諾伊(Aleksandr Noy)這樣說道。“這便是為什麼将藥物傳輸至身體特定區域并隻在那裡釋放是更好的療法。”這項研究被發表在10月30日的期刊《自然》上。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究小組與勞倫斯伯克利國家實驗室分子材料部、美國加州大學默塞德分校和伯克利分校、西班牙巴斯克國家大學的同事利用碳納米管創造了一個更高效、生物相容的膜孔通道,碳納米管是一個類似吸管的分子,它包含一個卷起的石墨烯薄膜。

這項研究顯示盡管碳納米管結構相對簡單,但碳納米管膜孔蛋白具有天然離子通道的很多特征行為:它們能夠自發的插入細胞膜,可以在亞穩電導态之間切換,且表現出典型的高分子引發的阻礙特性。研究小組還發現,與在生物通道裡的情況相似,本地通道和細胞膜帶電也可以控制碳納米管膜孔蛋白的離子導電性和離子選擇性。

“我們發現這些納米孔是研發細胞界面、研究生物通道裡的傳輸以及創造生物傳感器的非常有前景的仿生平台,”諾伊說道。“我們正在思考碳納米管膜孔蛋白或可能是第一個多功能的人造納米孔,它可以在生物和材料科學領域産生廣泛的應用。”


另一名研究合作者、博士後研究員金慶勳(Kyunghoon Kim)補充說道:“我們還期望可以修改碳納米管膜孔蛋白的合成‘大門’,從而極大的改變它們的選擇性,開啟它們在人造合成細胞、藥物傳遞和生物傳感方面的新可能性。”其它研究作者還包括勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的拉米亞•土努古塔拉( Ramya Tunuguntla)、康雷祖(Kang Rae Cho)、達雅納拉•穆尼奧斯(Dayannara Munoz )和莫裡斯•王(Morris Wang)。(編譯/嚴炎劉星)“總而言之,我們的發現确定了碳納米管膜孔蛋白是合成膜通道非常有前景的原型,這些合成膜面對生物和化學挑戰具有内在的堅固性,同時具有卓越的生物兼容性,這對于生物納米流體和細胞界面應用具有寶貴的價值。”研究第一合作作者、博士後研究員賈更(Jia Geng)這樣說道。

 

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