आश्चर्यजनक रूपमा बलियो प्रभावले औषधि डिजाइन र डेलिभरीको लागि प्रभाव पार्न सक्छ।

नम्र झिल्लीहरू जसले हाम्रो कोशिकाहरूलाई घेर्छ, तिनीहरूसँग आश्चर्यजनक महाशक्ति हुन्छ: तिनीहरूले नैनो-आकारको अणुहरूलाई धकेल्न सक्छन् जुन तिनीहरूको नजिक पुग्छन्। नेशनल इन्स्टिच्युट अफ स्ट्यान्डर्ड्स एन्ड टेक्नोलोजी (एनआईएसटी) का वैज्ञानिकहरू सहितको टोलीले प्राकृतिक झिल्लीहरूको नक्कल गर्ने कृत्रिम झिल्ली प्रयोग गरेर किन पत्ता लगाएको छ। तिनीहरूको खोजले हामीले हाम्रा कोषहरूलाई लक्षित गर्ने धेरै औषधि उपचारहरू कसरी डिजाइन गर्छौं भन्ने कुरामा फरक पार्न सक्छ।

सेल झिल्लीहरूले शक्तिशाली इलेक्ट्रिक फिल्ड ढाँचाहरू उत्पन्न गर्दछ जुन कोशिकाको सतहबाट प्रोटीनहरू जस्तै नानो-आकारको कणहरू हटाउनको लागि ठूलो मात्रामा जिम्मेवार हुन्छ – एक प्रतिकर्षण जसले विशेष रूपमा चार्ज नगरिएको न्यानो कणहरूलाई असर गर्छ। यो योजनाबद्ध रेखाचित्रमा, नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको झिल्ली (शीर्षमा, रातोमा) ले साना, सकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएका अणुहरू (बैजनी सर्कलहरू) आकर्षित गर्दछ, जसले झिल्लीलाई भिड्छ र धेरै ठूलो, तटस्थ न्यानोपार्टिकल (गुलाबी) टाढा धकेल्छ। क्रेडिट: N. Hanacek/NIST

टोलीको निष्कर्ष, जुन मा देखा पर्दछ अमेरिकन केमिकल सोसाइटीको जर्नल, कोशिका झिल्लीहरूले उत्पन्न गर्ने शक्तिशाली विद्युतीय क्षेत्रहरू सेलको सतहबाट नानोस्केल कणहरू हटाउनका लागि धेरै हदसम्म जिम्मेवार छन् भनी पुष्टि गर्नुहोस्। यस प्रतिकर्षणले विशेष रूपमा तटस्थ, चार्ज नगरिएको न्यानो कणहरूलाई असर गर्छ, किनभने सानो, चार्ज गरिएको अणुहरूले विद्युतीय क्षेत्रले झिल्लीलाई भीडलाई आकर्षित गर्छ र ठूला कणहरूलाई टाढा धकेल्छ। धेरै औषधि उपचारहरू प्रोटिन र अन्य नानोस्केल कणहरू वरिपरि बनाइएको हुनाले झिल्लीलाई लक्षित गर्ने, प्रतिकर्षणले उपचारको प्रभावकारितामा भूमिका खेल्न सक्छ।

खोजहरूले पहिलो प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान गर्दछ कि विद्युत क्षेत्रहरू प्रतिकर्षणको लागि जिम्मेवार छन्। एनआईएसटीका डेभिड हुगरहाइडका अनुसार, प्रभाव वैज्ञानिक समुदायबाट बढी ध्यान दिन योग्य छ।

“यो प्रतिकर्षण, साना अणुहरूले प्रयोग गर्ने सम्बन्धित भीडको साथमा, कमजोर चार्ज भएका अणुहरूले जैविक झिल्ली र अन्य चार्ज गरिएका सतहहरूसँग कसरी अन्तरक्रिया गर्छन् भन्नेमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्ने सम्भावना छ,” हुगेरहाइडले भने, न्युट्रोनका लागि एनआईएसटी केन्द्रका भौतिकशास्त्री। अनुसन्धान (NCNR) र पेपरका लेखकहरू मध्ये एक। “यसले ड्रग डिजाइन र डेलिभरीको लागि प्रभाव पार्छ, र न्यानोमिटर स्केलमा भीड वातावरणमा कणहरूको व्यवहारको लागि।”

झिल्लीहरूले लगभग सबै प्रकारका कक्षहरूमा सीमाहरू बनाउँछन्। कोशिकामा बाहिरी झिल्ली मात्र हुँदैन जसले भित्री भागलाई समावेश गर्दछ र सुरक्षा गर्दछ, तर प्राय: त्यहाँ अन्य झिल्लीहरू हुन्छन्, जसले माइटोकोन्ड्रिया र गोलगी उपकरण जस्ता अंगहरूका भागहरू बनाउँदछ। मेम्ब्रेनहरू बुझ्न चिकित्सा विज्ञानको लागि महत्त्वपूर्ण छ, कम्तिमा होइन किनभने कोशिका झिल्लीमा राखिएका प्रोटिनहरू बारम्बार औषधिको लक्ष्य हुन्। केही मेम्ब्रेन प्रोटिनहरू गेटहरू जस्तै हुन्छन् जसले कोषभित्र र बाहिर जाने कुरालाई नियमन गर्छ।

यी झिल्लीहरू नजिकको क्षेत्र व्यस्त ठाउँ हुन सक्छ। हजारौं प्रकारका विभिन्न अणुहरू एकअर्का र कोषिका झिल्लीमा भिड्छन् – र जसरी जो कोहीले भीडमा धकेल्ने प्रयास गरेको छ, यो जान्न गाह्रो हुन सक्छ। साना अणुहरू जस्तै लवणहरू सापेक्षिक सहजताका साथ चल्छन् किनभने तिनीहरू कडा स्पटहरूमा फिट हुन सक्छन्, तर ठूला अणुहरू, जस्तै प्रोटीनहरू, तिनीहरूको चालमा सीमित हुन्छन्।

यस प्रकारको आणविक भीड एक धेरै सक्रिय वैज्ञानिक अनुसन्धान विषय भएको छ, Hoogerheide ले भन्यो, किनकि यसले कोशिकाले कसरी कार्य गर्दछ भन्नेमा वास्तविक-विश्व भूमिका खेल्छ। कोषले कसरी व्यवहार गर्छ भन्ने कुरा यस सेलुलर “सूप” मा भएका अवयवहरूको नाजुक अन्तरक्रियामा निर्भर गर्दछ। अब, यस्तो देखिन्छ कि कोशिका झिल्लीले पनि प्रभाव पार्न सक्छ, आकार र चार्ज द्वारा आफै नजिकै अणुहरू क्रमबद्ध गर्दै।

“कसरी भीडले सेल र यसको व्यवहारलाई असर गर्छ?” उसले भन्यो। “उदाहरणका लागि, कसरी यो सूपमा अणुहरू सेल भित्र क्रमबद्ध हुन्छन्, तिनीहरूमध्ये केही जैविक कार्यहरूको लागि उपलब्ध गराउँछन्, तर अरूलाई होइन? झिल्लीको प्रभावले फरक पार्न सक्छ।”

जबकि अन्वेषकहरूले सामान्यतया बिजुली क्षेत्रहरू अणुहरू सार्न र अलग गर्न प्रयोग गर्छन् – डाइलेक्ट्रोफोरेसिस भनिने एक प्रविधि – वैज्ञानिकहरूले नानोस्केलमा यस प्रभावमा थोरै ध्यान दिएका छन् किनभने यसले न्यानो कणहरू सार्नको लागि अत्यन्त शक्तिशाली क्षेत्रहरू लिन्छ। तर शक्तिशाली क्षेत्र भनेको विद्युतीय रूपमा चार्ज गरिएको झिल्लीले उत्पन्न गर्ने कुरा हो।

“हाम्रो शरीरले उत्पादन गरेको नुनिलो घोलमा झिल्ली नजिकैको विद्युतीय क्षेत्र अचम्मको रूपमा बलियो हुन सक्छ,” हुगेरहाइडले भने। “यसको बल दूरीको साथ द्रुत रूपमा खस्छ, ठूला फिल्ड ग्रेडियन्टहरू सिर्जना गर्दछ जुन हामीले सोचेका थियौं कि नजिकैका कणहरू हटाउन सक्छ। त्यसैले हामीले यसलाई हेर्नको लागि न्यूट्रोन बीमहरू प्रयोग गर्‍यौं।

न्युट्रोनहरूले हाइड्रोजनका विभिन्न आइसोटोपहरू बीच भेद गर्न सक्छन्, र टोलीले प्रयोगहरू डिजाइन गरे जसले PEG को नजिकैको अणुहरूमा झिल्लीको प्रभाव अन्वेषण गर्यो, एक बहुलक जसले चार्जरहित नानो-आकारको कणहरू बनाउँछ। हाइड्रोजन PEG को एक प्रमुख घटक हो, र झिल्ली र PEG लाई भारी पानीको घोलमा डुबाएर – जुन साधारण पानीको हाइड्रोजन परमाणुहरूको स्थानमा ड्युटेरियमको साथ बनाइन्छ – टोलीले PEG कणहरू झिल्लीमा कति नजिक पुगे भनेर मापन गर्न सक्छ। तिनीहरूले NCNR मा न्यूट्रोन रिफ्लेमेट्री भनेर चिनिने प्रविधि र ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशालामा उपकरणहरू प्रयोग गरे।

आणविक गतिशीलता सिमुलेशनको साथमा, प्रयोगहरूले झिल्लीको शक्तिशाली फिल्ड ढाँचाहरू प्रतिकर्षणको पछाडि दोषी थिए भनेर पहिलो-समयको प्रमाण प्रकट गर्‍यो: PEG अणुहरू तटस्थ सतहहरू भन्दा चार्ज गरिएको सतहहरूबाट बढी कडा रूपमा भगाइएका थिए।

जबकि निष्कर्षहरूले कुनै पनि मौलिक रूपमा नयाँ भौतिकी प्रकट गर्दैन, Hoogerheide भने, तिनीहरूले अप्रत्याशित ठाउँमा प्रसिद्ध भौतिक विज्ञान देखाउँछन्, र यसले वैज्ञानिकहरूलाई ध्यान दिन प्रोत्साहित गर्नुपर्छ – र यसलाई थप अन्वेषण गर्न।

“हामीले नानोस्केलमा चीजहरू कसरी अन्तरक्रिया गर्दछ भन्ने हाम्रो बुझाइमा यसलाई थप्न आवश्यक छ,” उनले भने। “हामीले यस अन्तरक्रियाको शक्ति र महत्व प्रदर्शन गरेका छौं। अब हामीले अनुसन्धान गर्न आवश्यक छ कि यसले यी भीडभाड वातावरणलाई कसरी असर गर्छ जहाँ यति धेरै जीवविज्ञान हुन्छ।”

कागज: M. Aguilella-Arzo, DP Hoogerheide, M. Doucet, H. Wang र VM Aguilella। चार्ज गरिएको जैविक झिल्लीहरूले सतह डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस र काउन्टरियन दबाबद्वारा ठूला तटस्थ अणुहरूलाई भगाउँछन्। अमेरिकन केमिकल सोसाइटीको जर्नल। अनलाइन प्रकाशित जनवरी १६, २०२४। DOI: 10.1021/jacks.3c12348

मुहान: NIST