Nanokatalysatoren die op afstand chemische reacties in levende cellen regelen

De enzymen die verantwoordelijk zijn voor katalytische reacties in de biologische reacties van ons lichaam zijn moeilijk te gebruiken voor diagnose of behandeling, omdat ze alleen op bepaalde moleculen reageren of een lage stabiliteit hebben. Veel onderzoekers verwachten dat als deze problemen worden verbeterd of als kunstmatige katalysatoren worden ontwikkeld om een ​​synergetisch effect te creëren door de enzymen in het lichaam te ontmoeten, er nieuwe manieren zullen zijn om ziekten te diagnosticeren en te behandelen. Met name als kunstmatige katalysatoren worden ontwikkeld die reageren op externe stimuli zoals magnetische velden, kunnen nieuwe behandelingsmethoden die op afstand bioreacties van buiten het lichaam regelen, realiteit worden.

Het onderzoeksteam onder leiding van professor In Su Lee van de afdeling Chemie van POSTECH heeft een op afstand gelegen magnetisch gevoelige kunstmatige katalysator genaamd MAG-NER ontwikkeld, die een hoge katalytische efficiëntie vertoont in levende cellen. De studie is gepubliceerd als aanvullend omslagpapier voor Nano Letters, een internationaal tijdschrift over nanotechnologie.

Het onderzoeksteam bootste de structuur van blaasjes na, een organel in een cel, en synthetiseerde een magnetische-katalysator-gecombineerde nanoreactor met ijzeroxide-nanodeeltjes en palladiumkatalysatoren in een holle silica-nanoschaal.

Wanneer MAG-NER een wisselend magnetisch veld tegenkomt, veroorzaken ijzeroxide-nanodeeltjes binnenin magnetisch veld-geïnduceerde warmte en activeren ze alleen de palladiumkatalysator zonder de buitentemperatuur te verhogen. Het onderzoeksteam slaagde erin de katalytische reactie met hoge efficiëntie uit te voeren, die niet-fluorescerende reactanten omzet in fluorescerende producten door MAG-NER in levende cellen te implanteren en vervolgens wisselende magnetische velden toe te passen. Het onderzoeksteam bevestigde ook dat de katalysator van MAG-NER gedurende lange tijd actief kan blijven zonder te worden besmet door biomoleculen in cellen en de overleving van de cellen niet beïnvloedt.

Met MAG-NER wordt verwacht dat diagnose- en behandelingsmethoden, die de celfuncties kunstmatig op afstand kunnen regelen, kunnen worden ontwikkeld omdat kunstmatige moleculen kunnen worden gesynthetiseerd of chemische reacties kunnen worden opgewekt in cellen met behulp van magnetische velden die onschadelijk zijn voor het lichaam.

Professor In Su Lee, die het onderzoek leidde, legde uit: “Dit onderzoek is het resultaat van het gebruik van de heilige nanoreactormaterialen die ons laboratorium in de loop der jaren heeft ontwikkeld en wordt gewaardeerd als een innovatief chemisch hulpmiddel dat biomedisch en biologisch onderzoek zal bevorderen.”