Thụ thể nhân tạo bám glucose mạnh gấp 100 lần

Trong tự nhiên, các phối tử (ligand) tương tác với các thụ thể (receptor) trên màn tế bào dẫn đến các hoạt động sinh học ở mức độ phân tử tế bào. Tuy nhiên, việc tạo ra các thụ thể nhân tạo gặp nhiều thách thức, đặc biệt với các phối tử là carbohydrate do sự đa dạng và tính giống nước của chúng. Vừa qua, các nhà khoa học tại University of Bristol đã hợp tác với công ty khởi nghiệm Ziylo trong việc tổng hợp thành công một thụ thể nhân tạo giúp bám vào glucose mạnh gấp 100 lần so với các phân tử đường khác. Công trình được xuất bản trên tạp chí Nature Chemistry, ngành 12 tháng Mười Một 2018.

So với các hợp chất khác, việc bám carbohydrate trong dung môi nước rất kém hiệu quả vì nhiều lý do. Vì các saccharide vừa có tính ái nước (hydrophilic) vừa có tính giống nước (hydromimetic), các phân tử này rất khó phân biệt với các phân tử trong dung môi. Hơn nữa, cấu trúc ba chiều của saccharide rất phức tạp nên rất khó đạt được tính chọn lọc cao (selectivity). Do đó, các phân tử protein bám carbohydrate thường có ái lực (affinity) thấp và tính chọn lọc trung bình.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của Anthony Davis đã sử dụng mô hình máy tính để tối ưu hoá việc thiết kế thụ thể cho phân tử glucose, vốn là một phân tử quan trọng trong y sinh học. Bằng cách này, Davis và cộng sự tạo ra một thụ thể nhân tạo có một lõi rỗng (hallow core) gồm sáu nhóm urea (màu đỏ) tạo thành các “bức tường” nối với hai nhóm triethylmesitylene (xanh dương) với vai trò “trần” và “nền” của thụ thể. Hai cái mũ vòng thơm (aromatic cap) này được sắp xếp để tạo thành tương tác CH-π với glucose khi glucose chui vào lõi rỗng. Ba dendrimer bao quanh lõi (xanh lá) giúp tăng tính tan của thụ thể trong nước.

Quá trình tổng hợp thụ thể nhân tạo vòng sáu urea (bicylic hexaurea) dựa trên các hợp chất đã biết (4, 5, và 6).

Theo bài phỏng vấn của C&EN, các nhà khoa học trong ngành đều cho rằng đây là một thụ thể nhân tạo tốt nhất hiện tại để bám đặc hiệu glucose. C&EN cho biết thêm Ziylo giữ quyền sáng chế cho thụ thể này, và công ty khởi nghiệp xứ sở sương mù Anh Quốc này được mua lại bởi Novo Nordisk hồi tháng Tám vừa qua. Nhóm của Davis thành lập công ty Carbometrics, sử dụng bản quyền của Novo Nordisk để tiếp tục các nghiên cứu ứng dụng thụ thể này cho các thiết bị đo lường glucose trong y tế.

Trần Lê Huy Vũ

Bài báo:

1. Celia Henry Arnaud. Latest artificial glucose-binding receptor is best yet. C&EN, 96:46, 14 Nov 2018.
2. Robert A. Tromans, Tom S. Carter, Laurent Chabanne, Matthew P. Crump, Hongyu Li, Johnathan V. Matlock, Michael G. Orchard & Anthony P. Davis. A biomimetic receptor for glucose. Nature Chemistry. 12 Nov 2018.