Наноустройство на основе обонятельных рецепторов

Исследователи из Пенсильванского университета разработали нанотехнологическое устройство, объединяющее углеродные нанотрубки с белками обонятельных рецепторов — компонентами клеток носа, отвечающими за распознавание запахов.

Поскольку обонятельные рецепторы относятся к более широкому классу белков, участвующих в передаче сигналов через клеточную мембрану, эти устройства могут найти применение не только в сенсорике запахов, но и, например, в фармацевтических исследованиях.

Работа была опубликована в журнале ACS Nano.

Принцип работы

Команда работала с обонятельными рецепторами мышей, которые относятся к классу G-белок-сопряжённых рецепторов (GPCR). Эти рецепторы находятся на внешней мембране клеток, и связывание с ними определённых химических веществ из окружающей среды запускает каскад реакций, ведущий к клеточному ответу (например, восприятию запаха).

Учёным удалось создать интерфейс между этим сложным белком и транзистором на углеродной нанотрубке. Это позволило преобразовать химические сигналы, которые обычно генерирует рецептор, в электрические, пригодные для использования в различных устройствах.

«Наши нанотехнологические устройства — это считывающие элементы; они "подслушивают", что делают обонятельные рецепторы, а именно, какие молекулы с ними связаны», — пояснил профессор А. Т. Чарли Джонсон.

Возможные применения

В качестве тестового случая устройство использовали как сенсор для химических веществ в воздухе. Однако более перспективными могут быть медицинские приложения.

«GPCR — распространённые мишени для лекарств, — отметил Джонсон. — Теперь у нас есть путь к исследованию того, на что фактически реагируют эти GPCR. Можно представить чип со множеством таких устройств, каждое с разными GPCR, и одновременно подвергать их воздействию различных препаратов, чтобы увидеть, какой из них эффективно запускает ответ».

Это важно, поскольку патогены часто атакуют именно через эти рецепторы. Чем лучше безвредное химическое вещество связывается с соответствующим GPCR, тем эффективнее оно блокирует заболевание.

Технический прорыв

Команда также добилась прогресса в стабилизации GPCR для будущих исследований, поместив белок в наномасштабную искусственную клеточную мембрану (нанодиск).

«Когда мы это сделали, они прослужили два с половиной месяца вместо одного дня», — сказал Джонсон.

Увеличение срока службы таких устройств полезно для двух всё более пересекающихся научных областей.

«Общая картина — это интеграция нанотехнологий с биологией, — резюмировал Джонсон. — Эти сложные молекулярные машины являются основным методом коммуникации между внутренней частью клетки и внешней средой, и теперь мы объединяем их функциональность с нашими нанотехнологическими устройствами».