En kombination av naturliga mikrotubuli och syntetiska makrocykliska receptorer möjliggör ljusstyrda, reversibel aggregering av mikrotubulierna till större nanostrukturer. Som kinesiska forskare har rapporterat i tidskriften Angewandte Chemie , när i en cellulär miljö kan dessa aggregerade mikrotubuli också ändra cellmorfologi, orsakar celldöd. Forskarna hoppas kunna lära sig mer om sjukdomar som orsakas av felaktig aggregation av proteiner.

I naturen, aggregeringen av molekyler till överbyggnader spelar en viktig roll. Dynamiska mikrotubuli är proteinfilament som kombineras med andra komponenter för att bilda våra cellers cytoskelett. Under cellcykeln, mikrotubuli ständigt monteras och demonteras. Forskare från Nankai University och Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin, Kina) kom på idén att kombinera mikrotubuli till större supramolekylära aggregat med hjälp av syntetiska "receptorer". På så sätt hoppades de kunna producera innovativa biomaterial och få ny kunskap om biologiska aggregationsprocesser.

För att fästa de syntetiska receptorerna till mikrotubulierna, teamet som arbetar med Yu Liu valde ett cancerläkemedel som heter paklitaxel. Denna molekyl binder till mikrotubuli och blockerar dekonstruktion av cytoskelettet, stoppa celldelning och orsaka celldöd. Som en receptor, forskarna valde en stor skålformad molekyl från cyklodextrinfamiljen. Dessa makrocykliska molekyler kan inkorporera andra molekyler som "gäster" i sina stora håligheter. I detta fall är gästen en arylazopyrazol (AAP), en molekyl med två aromatiska ringar överbryggade av en kväve-kväve dubbelbindning. Molekylen kan ta en av två former:en böjd cis-form och en rak transform. Endast den raka versionen passar in i cyklodextrin-"koppen". Det smarta tricket här är att genom att använda ljus med två olika våglängder, AAP kan växlas fram och tillbaka mellan dess två former efter behag.

Forskarna använde paklitaxel som en koppling för att fästa "koppar" och deras "gäster" till mikrotubuli. Bestrålning med synligt ljus och UV-ljus växlar mikrotubulierna mellan en aggregerad och icke-aggregerad form, respektive, som visas genom spektroskopisk och mikroskopisk undersökning. Aggregaten antar ett brett spektrum av morfologiska variationer, allt från nanofibrer till nanoband och nanopartiklar av olika storlekar.

Det är särskilt intressant att aggregationen av mikrotubuli också kan utlösas inom celler. Detta gör att cellerna krymper och dör, vilket visar att den cytotoxiska effekten av paklitaxel kan ökas avsevärt.

Forskarna hoppas att deras tillvägagångssätt kommer att öka vår förståelse för de processer som är involverade i fysiologisk och patologisk proteinnanosammansättning, och skulle kunna skapa nya möjligheter vid behandling av sjukdomar orsakade av felaktig aggregation av proteiner.