Kemister vid Tokyo Techs Laboratory for Chemistry and Life Science har designat och utvecklat en kapselformad syntetisk receptor som kan skilja mellan manliga och kvinnliga steroidhormoner. Nämligen, receptorn uppvisar ovanligt hög bindningsaffinitet mot androgena manliga hormoner i vatten.

Publicerad idag i Vetenskapens framsteg , deras prestation är ett utmärkt exempel på biomimetisk design – skapandet av system som efterliknar idéer från naturen. "Naturliga biologiska receptorer kan känna igen små strukturella skillnader mellan manliga och kvinnliga steroidhormoner med hjälp av deras proteinfickor, " säger författarna. "Men, det har varit utmanande att efterlikna den här funktionen på konstgjord väg fram till nu."

Nyckeln till deras genombrott var den unika designen av kaviteten (som efterliknar den naturliga fickan men använder onaturliga komponenter) i receptorn. Denna hålighet, omgiven av polyaromatiska ramverk som hålls samman med metalljoner, gjorde det möjligt för receptorn att fungera som en halvstyv behållare - en tillräckligt flexibel för att komplettera hormonets form och för att inducera effektiva bindningsinteraktioner.

Studien, dirigerad av Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina och medarbetare, är en fortsättning på teamets tidigare arbete med att utveckla innovativa nanokapslar för ett brett utbud av biosensingapplikationer inom det medicinska och miljömässiga området.

Deras experiment visade att den syntetiska receptorn företrädesvis binder steroidkönshormoner i en ordning som liknar naturliga androgenreceptorer, börjar med manliga hormoner som testosteron och androsteron, följt av kvinnliga hormoner som progesteron och beta-östradiol. När den placeras i en blandning av manliga och kvinnliga hormoner suspenderade i en vattenlösning vid 60 grader Celsius i tio minuter, receptorn band uteslutande testosteron med mer än 98 % selektivitet (se figur). Denna höga nivå av selektivitet uppnåddes även när blandningen innehöll ett stort överskott av kvinnliga hormoner.

Med hjälp av röntgenkristallografisk analys, forskarna observerade att den sfäriska kaviteten förvrängs till en elliptisk form vid inkapsling av testosteron. De säger att denna konformationsförändring bidrar till att förbättra intermolekylära interaktioner mellan receptorn och hormonet.

Går man ett steg längre, teamet utarbetade ett sätt att använda receptorn för att upptäcka extremt små mängder av ett manligt hormon. De förberedde ett receptor-färgämneskomplex som avger blågrön fluorescens utan testosteron. Genom att tillsätta en nanogram mängd testosteron, fluorescensen minskade avsevärt vid inkapslingen, representerar en anmärkningsvärd ny ultrakänslig detekteringsmetod.

"Vi föreställer oss att vår syntetiska receptor kommer att användas för utveckling av praktiska, ultrakänsliga analytiska apparater för steroida könshormoner, allt från medicinska verktyg till dopingkontroller inom sport, Inom en snar framtid, " säger forskarna.