Kapslade strukturer finns vanligtvis i hela naturen och konsten, om de är i form av trädringar, Ryska dockor, eller Wassily Kandinskys berömda abstraktmålning från 1913 Färgstudie:Kvadrater med koncentriska cirklar. Nu i en ny studie, kemister har konstruerat gigantiska kapslade supramolekyler eller "supramolekylära Kandinsky -cirklar, "varav några är mer än 30, 000 gånger tyngre än en väteatom. Forskarna visar att dessa supramolekyler är mycket giftiga för meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), möjligen tillhandahålla en ny metod för att bekämpa dessa dödliga patogener.

Forskarna, Heng Wang, Xiamin Qian, och deras medförfattare vid universitet i Kina och USA, har publicerat ett papper om de antimikrobiella supramolekylära Kandinsky -kretsarna i ett nyligen utgåva av Naturkommunikation.

"Biomaterial baserade på supramolekylära Kandinsky -cirklar banar en ny väg för utvecklingen av en ny generation antibiotika med nya mekanismer genom bildandet av oöverträffade transmembrankanaler med distinkt porstorlek, "berättade medförfattaren Xiaopeng Li vid University of South Florida Phys.org .

Även om det kallas supramolekylära Kandinsky -cirklar, supramolekylerna består av kapslade hexagoner snarare än cirklar, ger dem utseendet på molekylära spindelnät. Att konstruera kapslade supramolekylära strukturer har varit en formidabel utmaning, som forskarna här tar upp genom att använda koordineringsdriven självmontering. I denna metod, supramolekylerna består av koordinationskomplex, som består av en central metalljon omgiven av organiska ligander som förgrenar sig för att möjliggöra bildning av flera 2-D-lager av kapslade hexagoner.

När man observerar dessa supramolekylära strukturer med olika bildtekniker, forskarna upptäckte att de har en stark tendens att krypa ihop till rörformiga nanostrukturer. Dels av denna anledning, tillsammans med resultat från tidigare forskning, forskarna misstänkte att de nya supramolekylerna kan ha antimikrobiella egenskaper. De testade supramolekylerna på två typer av bakterier, MRSA och E coli , och fann att supramolekylerna var mycket giftiga för MRSA men inte kunde hämma E coli . Detta beror troligen på skillnaden i cellväggarna: E coli , vilket är gramnegativt, har både ett inre och ett yttre membran, medan MRSA, vilket är gram-positivt, har bara ett inre membran och är därför mer mottagligt för supramolekylerna.

Experiment visade att den antibakteriella mekanismen för supramolekylerna härrör från den kapslade sexkantstrukturen, som krullar i ett rör, penetrerar det inre membranet, och tillhandahåller en kanal genom vilken bakteriecellens cytoplasma läcker ut. Efter några timmar, läckandet av det cytoplasmatiska innehållet resulterar i celldöd. Å andra sidan, supramolekylerna uppvisar försumbar toxicitet för röda blodkroppar, som forskarna tillskriver en svagare elektrostatisk attraktion mellan ytorna på supramolekylerna och dessa celler, jämfört med ytan på supramolekylerna och bakterierna.

I framtiden, de supramolekylära Kandinsky -kretsarna kan tillhandahålla en ny defensiv strategi mot MRSA, med potentiella fördelar som kan innefatta att förhindra att bakterierna utvecklar antibiotikaresistens, samt att minska toxiciteten för mänskliga celler. Detta beror på att supramolekylerna har låga minimihämmande koncentrationer (MIC), vilket betyder mindre behövs för att hämma bakterietillväxt, jämfört med vissa andra antimikrobiella medel. En möjlighet är att kombinera supramolekylerna med befintliga antibiotika för att förverkliga dessa fördelar. Innan dess, forskarna planerar att göra ytterligare förbättringar av supramolekylerna.

"Vi kommer att öka vattenlösligheten i Kandinsky -cirklarna för att ytterligare förbättra deras antibakteriella aktivitet, "Sa Li.

© 2018 Phys.org