Enkla LEGO-klossar kan sättas ihop till mer komplicerade strukturer, som ytterligare kan associeras till en mängd olika komplexa arkitekturer, från bilar, raketer, och fartyg till gigantiska slott och nöjesparker. En sådan händelse av montering i flera steg, så kallad 'hierarkisk självmontering, händer också i levande organismer.

Professor Kimoon Kim (Kemiska institutionen, POSTECH) och hans forskargrupp (Center for Self-assembly and Complexity, Institute for Basic Science) upptäckte att ett cucurbiturilbaserat värd-gästkomplex polymeriserades till en linjär polymerkedja, som vidare associerades med varandra till en ihålig mikrotubuli via van der Waals-interaktioner som härrörde från deras formsjälvkomplementaritet. Deras nya fynd introduceras som de senaste nyheterna Angewandte Chemie International Edition , som är en av världens kända tidskrifter inom kemi.

Mikrotubuli finns i levande celler hos växter och djur och de är viktiga för att upprätthålla cellulära strukturer, migration av celler, intracellulär transport med mera. Med andra ord, väsentliga cellulära funktioner såsom celldelningar och intracellulär transport kan inte utföras när problem uppstår vid bildning eller dissociation av mikrotubuli.

Dessa mikrotubuli bildas via hierarkisk självmontering av globulära proteiner i nanometerstora tubuliner, som växer till linjära protofilament. Senare, dessa protofilament sätts ihop för att bygga en flertrådig rörformad struktur med en längd över tiotals mikrometer.

Innan forskarnas fynd, många försök gjordes för att efterlikna självmontering av mikrotubuli på djupet i flera år. Dock, bildningsmekanismen för naturliga mikrotubuli på molekylär nivå är fortfarande tvetydig.

För att göra konstgjorda mikrotubuli, forskargruppen använde det cucurbituril-baserade värd-gästkomplexet med två tiolgrupper fästa i båda ändarna som en byggsten. Denna byggsten sammanfogades till endimensionella linjära polymerer genom disulfidbindningsbildning. Sedan, dessa polymerer associerades i sidled till en ihålig cylindrisk arkitektur liknande naturliga mikrotubuli genom van der Waals-interaktioner. Bildandet av konstgjorda mikrotubuli karakteriserades av olika spektroskopiska och mikroskopiska studier inklusive röntgendiffraktion vid Pohang ljuskälla.

Forskargruppen fann att polymerkedjan blev rak och styv av sig själv, och så småningom uppstod LEGO-klossliknande form självkomplementaritet under tillväxten av polymer. Slående, de konvexa strukturerna i en kedja passade väl med de konkava delarna av de angränsande kedjorna, vilket möjliggjorde lateral association av polymerkedjor.

Tidningens första författare, Wooseup Hwang förklarade, "Studier innan vår upptäckt var fokuserade på att efterlikna mikrotubuliernas arkitektur. Det som skiljer vår forskning från de konventionella är att vi försöker efterlikna bildningsmekanismen för mikrotubuli såväl som arkitektur."

Dr. Kangkyun Baek, den andra medkorresponderande författaren kommenterade, "Vi planerar att utöka vår studie till att efterlikna dynamiska beteenden och olika biologiska funktioner hos naturliga mikrotubuli, " och "Detta nya tillvägagångssätt baserat på formens självkomplementaritet kommer att göra ett steg framåt för att förstå bildningsmekanismen för naturliga mikrotubuli och erbjuda nya möjligheter att utforska okonventionella hierarkiska självsammansättningar och nya funktionella material."