Czy zastanawiałeś/łaś się kiedyś, dlaczego post-syntetyczna modyfikacja MOF-ów tak często daje niskie wydajności i jest nieodtwarzalna? Nasza najnowsza praca w MSDE oferuje możliwe rozwiązanie tych problemów.

Postsyntetyczna modyfikacja MOF-ów (z ang. PSM) to bardzo użyteczny sposób wprowadzania złożonych funkcjonalności do szkieletów metaloorganicznych (MOF). MOF-y z grupami aldehydowymi są szczególnie atrakcyjnymi substratami dla PSM ze względu na wysoką reaktywność grup aldehydowych, ale ta sama cecha sprawia również, że ich solwotermalna synteza jest trudna. W naszej pracy pokazujemy, że choć obniżenie temperatury podczas syntezy UiO-68 z grupami aldehydowymi pozwala na uniknięcie degradacji grupy aldehydowej i daje wysoce porowaty oraz krystaliczny materiał, to jednak powstający w ten sposób UiO-68-CHO zawiera dużo defektów w postaci brakujących linkerów, i w rezultacie jego PSM jest zarówno niskowydajna, jak i niepowtarzalna. Pokazujemy również, że problem ten można rozwiązać przez 1) użycie nadmiaru łącznika podczas syntezy MOF-a i 2) moczenie surowego materiału w roztworze łącznika, dzięki czemu można obniżyć gęstość defektów na tyle, żeby otrzymać doskonały substrat dla PSM. Traktowanie takiego „uleczonego” materiału modelowymi aminami daje niemal ilościowe konwersje grup aldehydowych do imin, bez konieczności stosowania nadmiaru reagentów. Co ważne, PSM „wyleczonego” UiO-68–CHO daje powtarzalne wyniki przez wiele dni, w przeciwieństwie do PSM wysoce zdefektowanego materiału. Dzięki tym osiągnięciom z powodzeniem wprowadziliśmy do struktury UiO-68 różnorakie funkcje, takie jak nowe miejsca koordynacyjne, cząsteczki leków, chiralność i hydrofobowość. Szkodliwy wpływ defektów na PSM MOF-ów oraz proponowane przez nas rozwiązanie tego problemu mogą mieć charakter ogólny, a zatem mogą pomóc w opracowaniu nowych, użytecznych platform do kowalencyjnej PSM.

M. Wiszniewski, M. J. Chmielewski, “Reducing defect density in UiO-68–CHO is key for its efficient and reliable post-synthetic modification” Mol. Syst. Des. Eng., 2023, DOI: 10.1039/D3ME00071K

Serdeczne gratulacje dla naszej doktorantki, Krystyny Maslowskiej-Jarzyny, która została wybrana do grona 100 najwybitniejszych młodych polskich uczonych, jako jedna z zaledwie 10. chemików z całej Polski i jako jedyna przedstawicielka naszego Wydziału!  Fundacja na rzecz Nauki Polskiej wybiera stypendystów programu START w drodze wieloetapowego konkursu, w którym oceniana jest jakość ich dotychczasowego dorobku naukowego.

Więcej informacji na stronach Fundacji.

Opracowaliśmy nową strategię projektowania syntetycznych transporterów aminokwasów, czyli niewielkich cząsteczek organicznych zdolnych do efektywnego przenoszenia aminokwasów przez dwuwarstwy lipidowe. Takie związki mogą wykazywać szerokie spektrum aktywności biologicznych a także znaleźć zastosowania w transporcie leków, regulacji metabolizmu czy też jako antybiotyki nowej generacji.

Transport aminokwasów przez błony biologiczne jest procesem kluczowym dla funkcjonowania każdej żywej komórki. Wynika to z faktu, że w pH fizjologicznym aminokwasy są bardzo polarne (mają dodatnio naładowany N-koniec i ujemnie naładowany C-koniec) i z tego powodu nie są w stanie samodzielnie przeniknąć przez dwuwarstwy lipidowe. W naturze transportem aminokwasów zajmują się wyspecjalizowane białka membranowe, które odgrywają ważną rolę w regulacji kluczowych funkcji fizjologicznych, takich jak biosynteza białek, metabolizm, ekspresja genów, równowaga redoks i przekazywanie sygnałów. Dysfunkcja tych białek przyczynia się do rozwoju poważnych chorób, takich jak cukrzyca, choroby neurodegeneracyjne, otyłość i nowotwory. Syntetyczne transportery aminokwasów mogłyby pomóc w leczeniu tych chorób, a także posłużyć jako nośniki leków, regulatory metabolizmu a nawet jako antybiotyki nowej generacji.

Niestety, właśnie ze względu na obojnaczy charakter aminokwasów, będących jednocześnie kationami i anionami, opracowanie takich syntetycznych transporterów było dotychczas zadaniem niezwykle trudnym, wymagało bowiem połączenia w jednej strukturze miejsc wiążących kationy i aniony. W niniejszej pracy pokazujemy jednak, że takie podejście nie jest jedynym możliwym i że nawet bardzo proste transportery anionów są w stanie efektywnie przenosić aminokwasy przez dwuwarstwy lipidowe w pH fizjologicznym. Aby wyjaśnić tę nadspodziewaną skuteczność prostych anionoforów, opracowaliśmy nową metodę badania transportu aminokwasów, która dała nam wgląd w mechanizm tego zjawiska. Dzięki temu byliśmy w stanie zaproponować nową strategię poszukiwania syntetycznych transporterów aminokwasów o ulepszonych właściwościach i interesującej aktywności biologicznej. Czytaj dalej tutaj.

Nasze badania ujawniły współzawodnictwo dwóch różnych mechanizmów transportu HCO3‾ przez proste di(tio)amidokarbazole, a także silne działanie antybakteryjne tych związków. Przeczytaj więcej tutaj.

Aniony są przeważnie zbyt hydrofilowe, żeby mogły swobodnie przenikać przez błony biologiczne. Dotyczy to również tych leków, które w pH fizjologicznym występują w postaci anionowej. Syntetyczne transportery anionów, czyli niewielkie, lipofilowe cząsteczki organiczne ułatwiające przenikanie anionów przez bariery lipofilowe, potrafią przyspieszać dyfuzję anionów przez dwuwarstwy lipidowe o wiele rzędów wielkości i dzięki temu mogłyby radykalnie zwiększyć skuteczność działania leków o charakterze anionowym. Co więcej, transportery, których aktywnością można sterować przy użyciu światła, pH lub innych bodźców, mogłyby umożliwić celowane dostarczanie leków w odpowiednie miejsce i w odpowiednim czasie. Celem niniejszego projektu jest opracowanie pierwszych przełączalnych transporterów molekularnych dla leków anionowych i zademonstrowanie w ten sposób nowego sposobu sterowania dostarczaniem leków. W jego ramach podejmiemy badania nad konstrukcją transporterów przełączalnych przy pomocy zmian pH albo naświetlania światłem o określonej długości fali. Mamy nadzieję, że badania te zaowocują powstaniem nowej strategii inteligentnego dostarczania leków, która może w przyszłości znaleźć praktyczne zastosowanie np. w leczeniu nowotworów.

Debashis ukończył chemię na IIT Bombay (Indie) w 2015, a następnie doktorat z chemii supramolekularnej anionów w IISER Pune (Indie) pod kierunkiem prof. Pinaki’ego Talukdara (2022). We wrześniu 2022 dołączył do Laboratorium Chemii Supramolekularnej jako badacz wizytujący (post-doc) w celu realizacji grantu NCN OPUS pt. „Selektywny transport anionów o znaczeniu biologicznym przez dwuwarstwy lipidowe”.

Twitter: https://twitter.com/DebashisJMChem

Serdecznie witamy!

Poszukujemy postdoków do pracy przy realizacji projektu badawczego z pogranicza chemii organicznej, medycznej i supramolekularnej.

Transportery chlorków są intensywnie badane ze względu na ich potencjalne zastosowania medyczne. W szczególności transportery, których aktywność można regulować przy pomocy pH, są bardzo atrakcyjne jako potencjalne środki antynowotworowe, ponieważ mogą być bardziej aktywne w komórkach rakowych niż w zdrowych. Dzięki swojej wyjątkowo wysokiej kwasowości nasz najnowszy, 3,6-dinitropodstawiony receptor karbazolowy działa jako taki właśnie transporter przełączalny, o pozornym pKa = 6,4, a więc bliskim fizjologicznego. Więcej w naszej najnowszej publikacji w specjalnym numerze Frontiers in Chemistry, poświęconym transportowi anionów:

Maslowska-Jarzyna, M. L. Korczak, M. J. Chmielewski, “Boosting Anion Transport Activity of Diamidocarbazoles by Electron Withdrawing Substituents” Front. Chem., 2021, 9:690035.

Poszukujemy studentów do współpracy przy realizacji przełomowego projektu badawczego z pogranicza chemii organicznej i materiałowej. Atrakcyjne stypendia czekają!