신경퇴행성 질환을 탐색하는 나노포어 기반 센싱 디바이스

[아름이]

신경퇴행성 질환을 탐색하는 나노포어 기반 센싱 디바이스
알츠하이머병과 파킨슨병의 배후에 있는 타우 및 튜불린 단백질 분자 탐색
날짜:
2023년 1월 10일
원천:
미국 물리학 연구소
요약:
연구원들은 타우 및 튜불린 단백질 분자와 이들의 응집 상태에 대한 체적 정보를 제공하도록 설계된 특수 실리콘 질화물 나노포어 기반 감지 장치를 제시합니다. 센서를 만들기 위해 팀은 단백질이 나노포어 시스템을 통해 흐르는 전류와 전압을 어떻게 변화시키는지 조사했습니다. 전기 전압은 나노포어를 통해 이온의 흐름을 구동하고, 전하를 띤 단백질 분자가 가까이 있으면 나노포어로 구동되어 일부 이온의 흐름을 차단합니다. 이로 인해 열린 기공 전류가 떨어지고 유용한 정보가 제공됩니다.

타우 및 튜불린 단백질은 알츠하이머병 및 파킨슨병과 같은 많은 신경퇴행성 질환의 주요 원인 중 하나입니다. 대부분의 신경퇴행성 질환 진행은 뇌에서 이러한 단백질의 응집과 관련이 있습니다.

아칸소 대학의 물리학 교수인 Jiali Li와 그녀의 그룹은 타우 및 튜불린 단백질을 탐구하고자 하는 그녀의 박사 과정 학생 중 한 명에게 영감을 받아 특수 실리콘 질화물 나노포어 기반 감지 장치를 만들었습니다.

Journal of Applied Physics , AIP Publishing, Acharjee et al. 는 타우 및 튜불린 단백질 분자와 고유 환경 내의 단일 분자 수준에서 응집 상태에 대한 볼륨 정보를 제공하도록 설계된 장치를 제시합니다.

센서를 만들기 위해 팀은 단백질이 나노포어 시스템을 통해 흐르는 전류와 전압을 어떻게 변화시키는지 조사했습니다.

"옴의 법칙은 나노포어 장치가 단백질 분자를 감지할 수 있도록 하는 기본적인 물리학입니다."라고 Li는 말했습니다. "6~30나노미터의 작은 구멍이 얇은 실리콘 질화물 막에 만들어지고 실리콘 기판으로 지지됩니다. 이를 염 이온이 있는 용액에 넣으면 전압을 가하면 이온 흐름이 홀, 또는 나노포어. 이것은 다시 열린 포어 이온 전류를 생성합니다."

종종 이온보다 수천 배 더 큰 전하를 띤 단백질 분자가 나노포어 근처에 있을 때 나노포어 안으로 들어가 일부 이온의 흐름을 차단하기도 합니다. 이로 인해 열린 기공 전류가 떨어집니다.

"단백질 분자에 의해 생성된 전류 방울의 양은 단백질의 부피 또는 크기 및 모양에 비례합니다."라고 Li는 말했습니다. "이는 단백질 A가 단백질 B에 결합하면 A+B의 부피에 비례하는 전류 강하를 일으키고 응집된 단백질 A는 대략 여러 양의 전류 강하를 유발할 것임을 의미합니다."

이를 통해 Li와 그녀의 그룹은 나노포어 장치 내에서 단백질 결합 및 응집을 관찰할 수 있습니다. 단백질이 나노포어에 머무르는 시간은 단백질 분자에 대한 유용한 정보를 제공하는 전하와 반비례합니다.

"우리의 연구는 질화규소 나노기공 장치가 타우 및 튜불린 단백질 분자의 부피 정보와 다양한 생물학적 조건 하에서의 응집을 측정할 수 있음을 보여줍니다. 이를 통해 단백질 응집 과정을 더 잘 이해할 수 있을 뿐만 아니라 약물 또는 기타 치료 방법을 개발할 수 있습니다. 신경퇴행성 질환을 치료하는 것"이라고 Li는 말했다.

다른 나노기술 도구와 함께 고체 나노기공 장치를 사용하여 "우리는 온도, pH 및 염 농도와 같은 다양한 생물학적 조건에서 체계적으로 단백질 응집 메커니즘을 연구할 계획"이라고 그녀는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/