Intrigués par les propriétés des protéines des canaux ioniques couramment observées dans les cellules, les chercheurs de Tokyo Tech ont développé le premier canal potassique synthétique mécanosensible en utilisant un cyclophane amphiphile fluoré aromatique nouvellement développé. Présentant à la fois des capacités de « réactivité aux stimuli » et de « transport sélectif des ions », leur nouveau canal ionique pourrait ouvrir de nouvelles portes pour le futur usage thérapeutique et industriel des canaux synthétiques mécanosensibles.
La nature inspire l’humanité d’une myriade de façons. Prenons, par exemple, les protéines des canaux de transport d’ions « sensibles aux stimuli ». Ces protéines se trouvent intégrées dans les membranes cellulaires et répondent à une variété de stimuli externes, notamment la lumière, le pH et la force mécanique. Compte tenu de leur rôle crucial dans plusieurs processus biologiques, les chercheurs ont tenté de synthétiser les versions artificielles de ces protéines de canal pour une utilisation dans des contextes thérapeutiques et industriels. Cependant, le succès de leur synthèse a été insaisissable. Les exigences structurelles complexes pour la réactivité des stimuli et les propriétés spécifiques de transport d’ions ont été identifiées comme le principal obstacle à leur synthèse.
Surmontant ces difficultés, des chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), dirigés par le professeur adjoint Kohei Sato et le professeur titulaire Kazushi Kinbara, ont récemment développé le premier canal synthétique mécanosensible (réactif à la force mécanique) avec une sélectivité en ions potassium. Leurs conclusions sont publiées dans le Journal de l’American Chemical Society. En parlant de l’étude, Assist. Le professeur Sato et le professeur Kinbara, affiliés à l’École des sciences et technologies de la vie de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), déclarent : « Grâce à notre expérience dans la conception d’amphiphiles multiblocs qui s’auto-assemblent pour former des canaux ioniques supramoléculaires, nous avons émis l’hypothèse que les amphiphiles linéaires n’étaient pas adaptés au transport d’ions spécifiques ; par conséquent, nous avons tenté des modifications structurelles pour incorporer à la fois la réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions. »
Comme mentionné par Assist. Prof. Sato et Prof. Kinbara, les chercheurs ont peaufiné la structure d’une molécule organique complexe connue sous le nom d’amphiphile multibloc pour incorporer une unité aromatique perfluorée. La structure résultante, un cyclophane amphiphile fluoré, contenait des unités oligo(phénylène-éthynylène) perfluorées hydrophobes et des lieurs octa(éthylène glycol) hydrophiles. Les chercheurs ont également conçu un cyclophane amphiphile partiellement fluoré et un non fluoré pour étudier l’impact de la fluoration aromatique.
La microscopie a révélé que le cyclophane perfluoré, nommé CFF, et le cyclophane partiellement fluoré, nommé CFH, pourrait s’incorporer dans la membrane bicouche lipidique, contrairement au cyclophane non fluoré. Les chercheurs ont ensuite analysé la propriété de transport des ions, la réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions potassium de CFF et CFH en utilisant des mesures de conductance, des tests de fluorescence et des études informatiques. Ils ont identifié que les deux CFF et CFH auto-assemblés dans la membrane bicouche pour former des canaux ioniques supramoléculaires. De plus, le flux de courant à travers la membrane a confirmé la propriété de transport transmembranaire des ions CFF et CFHplus efficace et prononcé en CFF.
Les changements dans le flux de courant lors de l’application de la tension de la membrane ont confirmé la réactivité aux stimuli des canaux formés par CFF et CFH. La propriété de transport d’ions de CFF a été affecté de manière significative, alors qu’il n’a pas beaucoup changé pour CFH. Aider. Le professeur Sato, le professeur Kinbara et leur équipe attribuent ces variations à l’interaction différentielle des unités aromatiques de CFH et CFF au sein de la membrane.
Enfin, le test de fluorescence a révélé la plus grande perméabilité de CFF pour les ions potassium par rapport aux autres cations de métaux alcalins. L’équipe a découvert que la plus grande affinité des ions potassium pour les atomes de fluor au cœur de la structure était responsable de ce phénomène.
Commentant ces conclusions, Assist. Le professeur Sato et le professeur Kinbara disent : « Le fait qu’un canal ionique supramoléculaire formé par CFF possède une telle réactivité aux stimuli et la sélectivité des ions potassium est non seulement intrigante, mais aussi étonnamment similaire aux canaux mécanosensibles trouvés dans les neurones de mammifères. »
Avec cette démonstration, des possibilités telles que le développement de thérapies pour les maladies liées aux canaux ioniques, la manipulation de processus biologiques importants et le développement de technologies industrielles de purification de matériaux sont déjà en vue !
