25/02/2013 - Ein mutierendes Enzym implantierbare Mikrochips im Blutkreislauf

Menéame

La Lacasa ist ein Enzym, das bekannt ist für seine hohe Fähigkeit zur oxidieren ein breites Spektrum von Substraten in der Natur. Dazu nimmt er Elektronen aus Luftsauerstoff und gibt Wasser als Nebenprodukt zurück.

Eine von der Oberster Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC) eine mutierende Version dieses Enzyms entwickelt hat, die seine Oxydo-Reduktorkapazität unter den harten Umgebungsbedingungen des Blutkreislaufs aufrechterhält.

"Das Ziel dieses Mutanten ist es, als Element einer Batterie zu wirken, die den Strom erzeugt, der für den Betrieb von implantierten Nanoskopgeräten in den Blutgefäßen erforderlich ist," erklärt der Forscher des Instituts für Katalyse und Petroleochemie des CSIC und verantwortlich für die Arbeit, Michelangelo Bürgermeister.

Die Sauerstoff-Reduzierkapazität der ursprünglichen Lackienformen wird praktisch durch den pH-Wert im Blut und die hohe Salzzusammensetzung behindert. Nach Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Chemistry&Biology, ist die Aktivität im Blut des mutierenden Lappens 42.000 mal höher als das des gleichen Enzyms in seinem ursprünglichen Zustand.

Der Prozess zur Entstehung des Mutanten basiert auf der gezielten Evolution. Diese Methode kreiert natürliche Evolutionsprozesse, die an die gewünschten Umgebungen angepasst sind. Der CSIC-Forscher gesteht, dass "eine massive Erforschung von Mutantengenotheken und Analysen von mehr als 10.000 Klone notwendig war, um den richtigen Mutanten zu entwerfen: das ChU-B-Lack."

Sowohl die Enzymversion als auch die Methode zur Entwicklung des Enzyms haben zu Patenten des CSIC geführt.

"Der Wunder-Nanochip"

Genauso wie das Lackieren in der Natur Elektronen aus verschiedenen Substraten aufnimmt, wenn es in der Kathode einer Nanopalme eingefroren ist, nimmt es die Elektronen aus dem Anoden, wo ein anderes Enzym den Blutzucker oxidiert. Auf diese Weise entsteht ein Gleichstrom, der die Erzeugung der erforderlichen Leistung ermöglicht, damit das gesamte Gerät funktionieren kann.

Ziel dieser Energiequelle ist es, implantierbare Chips zu implantieren, die das Krankenhaus in Echtzeit über die Konzentration verschiedener Blutmetaboliten eines Patienten wie Glukose, Sauerstoff und Insulin informieren.

Dazu haben sie einen Sender mit einer Antenne, der die Informationen an die Krankenhausdatenbanken und einen Biosensor sendet, der den gewünschten Parameter messen soll. Bürgermeister erklärt: "Je nach dem zu messenden Parameter wird der Biosensor ein Enzym oder ein anderes benötigen." Im Fall von Sauerstoff kann zum Beispiel das mutierende Lake auch als Messenzym dienen, da es die Quelle ist, die es benutzt, um Elektronen aufzunehmen. Zur Messung von Glukose ist jedoch ein Enzym Glucose-Oxidase erforderlich.

Nach Ansicht des CSIC-Forschers "ist diese Arbeit ein bemerkenswerter Fortschritt bei der Umsetzung von Lackien bei der Gestaltung von Nanobiogeräten für medizinische Zwecke." Der Bürgermeister erklärt: "Der Mutant, der fähig ist, im Blut zu wirken, könnte in Zukunft mit anderen Menschen verbunden werden, die in Tränen und anderen physiologischen Flüssigkeiten operieren können."

Die Forschung ist das Ergebnis der Zusammenarbeit mit Forschern aus acht internationalen Universitäten und Forschungszentren und zwei privaten Unternehmen; sie gehört zum 3D-Nanodevice-Projekt des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union.

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    Diana M. Mate, David Gonzalez-Perez, Magnus Falk, Roman Kittl, Marcos Pita, Antonio L. De Lacey, Roland Ludwig, Sergey Shleev, and Miguel Alcalde. Blood Tolerant Laccase by Directed Evolution. Chemistry&Biology. DOI: 10.1016/j.chembiol.2013.01.001

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