محفزات نانوية تتحكم عن بعد في التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا الحية

Nanocatalysts that remotely control chemical reactions inside living cells

محفزات نانوية تتحكم عن بعد في التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا الحية

تصميم علي ثاير النعيمي

تاريخ: 10 أغسطس 2020

مصدر: جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا

ملخص:

قام فريق البحث بقيادة البروفيسور إن سو لي من قسم الكيمياء في POSTECH بتطوير محفز اصطناعي عن بعد حساس للمغناطيسية يسمى MAG-NER ، والذي يُظهر كفاءة تحفيزية عالية داخل الخلايا الحية

يصعب استخدام الإنزيمات المسؤولة عن التفاعلات التحفيزية في التفاعلات البيولوجية لأجسامنا للتشخيص أو العلاج لأنها تتفاعل فقط مع جزيئات معينة أو لديها ثبات منخفض. يتوقع العديد من الباحثين أنه إذا تم تخفيف هذه المشكلات أو إذا تم تطوير محفزات اصطناعية لخلق تأثير تآزري من خلال ربط الإنزيمات في الجسم ، فستكون هناك طرق جديدة لتشخيص الأمراض وعلاجها. على وجه الخصوص ، إذا تم تطوير محفزات صناعية تستجيب للمنبهات الخارجية مثل المجالات المغناطيسية ، يمكن أن تصبح طرق العلاج الجديدة التي تتحكم عن بعد في التفاعلات الحيوية من خارج الجسم حقيقة واقعة.

يصعب استخدام الإنزيمات المسؤولة عن التفاعلات التحفيزية في التفاعلات البيولوجية لأجسامنا للتشخيص أو العلاج لأنها تتفاعل فقط مع جزيئات معينة أو لديها ثبات منخفض. يتوقع العديد من الباحثين أنه إذا تم تخفيف هذه المشكلات أو إذا تم تطوير محفزات اصطناعية لخلق تأثير تآزري من خلال مقابلة الإنزيمات في الجسم ، فستكون هناك طرق جديدة لتشخيص الأمراض وعلاجها. على وجه الخصوص ، إذا تم تطوير محفزات صناعية تستجيب للمنبهات الخارجية مثل المجالات المغناطيسية ، يمكن أن تصبح طرق العلاج الجديدة التي تتحكم عن بعد في التفاعلات الحيوية من خارج الجسم حقيقة واقعة.

قام فريق البحث بقيادة البروفيسور إن سو لي من قسم الكيمياء في POSTECH بتطوير محفز اصطناعي عن بعد حساس للمغناطيسية يسمى MAG-NER ، والذي يُظهر كفاءة تحفيزية عالية داخل الخلايا الحية. نُشرت الدراسة كورقة غلاف تكميلية لـ Nano Letters ، وهي مجلة دولية حول تكنولوجيا النانو.

قام فريق البحث بتقليد بنية الحويصلات ، وهي عضية داخل الخلية ، وصنع مفاعلًا نانويًا مركبًا بمحفز مغناطيسي مع جزيئات نانوية من أكسيد الحديد ومحفزات البلاديوم داخل قشرة نانوية من السيليكا المجوفة.

عندما يصادف MAG-NER حقلاً مغناطيسيًا متناوبًا ، تتسبب جزيئات أكسيد الحديد النانوية في الداخل في حدوث حرارة ناتجة عن المجال المغناطيسي وتنشط فقط محفز البلاديوم دون رفع درجة الحرارة الخارجية. نجح فريق البحث في تنفيذ التفاعل الحفاز بكفاءة عالية ، والذي يحول المتفاعلات غير الفلورية إلى منتجات فلورية من خلال زرع MAG-NER في الخلايا الحية ثم تطبيق الحقول المغناطيسية البديلة. أكد فريق البحث أيضًا أن محفز MAG-NER يمكن أن يظل نشطًا لفترات طويلة من الوقت دون أن يتلوث بالجزيئات الحيوية في الخلايا ولا يؤثر على بقاء الخلايا.

باستخدام MAG-NER ، من المتوقع أن يتم تطوير طرق التشخيص والعلاج ، التي يمكنها التحكم بوظائف الخلية بشكل مصطنع ، حيث يمكن تصنيع الجزيئات الاصطناعية أو يمكن إحداث تفاعلات كيميائية داخل الخلايا باستخدام الحقول المغناطيسية غير الضارة بالجسم.

أوضح البروفيسور إن سو لي الذي قاد البحث ، "هذا البحث هو نتيجة لاستخدام مواد مفاعلات النانو التي طورها مختبرنا على مر السنين ، ويتم تقييمها كأداة كيميائية مبتكرة من شأنها أن تعزز البحوث الطبية الحيوية والبيولوجية."

تم إجراء هذا البحث بدعم من برنامج رواد البحث التابع لمؤسسة الأبحاث الوطنية (Creative Research).

المصادر

• Materials provided by Pohang University of Science & Technology (POSTECH). Note: Content may be edited for style and length.
• Jihwan Lee, Sateesh Dubbu, Nitee Kumari, Amit Kumar, Jongwon Lim, Seonock Kim, In Su Lee. Magnetothermia-Induced Catalytic Hollow Nanoreactor for Bioorthogonal Organic Synthesis in Living Cells. Nano Letters, 2020; DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01507