Kemi

Gennembrud i arbejdet med molekylære maskiner

Molekylære maskiner har potentiale til at revolutionere fremtiden – hvis vi altså kan lære at styre dem. Nu melder SDU-forskere, at de har fundet en metode til at styre de små maskiner, så de bevæger sig i en bestemt retning, fx ind i blodbanen.

Af Birgitte Svennevig, , 01-05-2020

Molekyler er nogle af livets mest grundlæggende byggesten. Når de arbejder sammen på den rigtige måde, opstår biologiske molekylære maskiner, som kan løse de mest fantastiske opgaver. De er afgørende for at opretholde en organismes liv ved fx at holde gang i en lang række funktioner og mekanismer på celle-niveau.

Hvad nu hvis man kunne skabe og kontrollere kunstige molekylære maskiner? Og sætte dem til at udføre opgaver som kan gavne os mennesker?

Det er der mange forskere, der søger svar på, og derfor arbejdes der intenst i laboratorier over hele verden på netop dette.

Anerkendelse fra miljøet

På SDU har ph.d. Rikke Kristensen og kolleger fra professor Jan O. Jeppesens forskningsgruppe på Institut for Fysik, Kemi og Farmaci netop udgivet et forskningsresultat om molekylære maskiner, der har vakt opmærksomhed.

Bedømmelse

  • Et Hot Paper er en videnskabelig artikel, der er blevet bedømt som ”meget vigtig” af mindst to uafhængige reviewers og dermed bedømt til at være i top 10 procent blandt artikler indsendt til tidsskriftet.
  • En Cover Feature er en artikel, der bliver promoveret på indersiden af tidsskriftets cover.

Resultatet er offentliggjort i tidsskriftet Chemistry—A European Journal og er blevet publiceret både som en såkaldt Hot Paper og som et Cover Feature.

Inden et forskningsresultat kan offentliggøres i et videnskabeligt tidsskrift, skal det vurderes af en række fagfæller, og i dette tilfælde har de bedømmende fagfæller vurderet gruppens artikel til at være af meget stor signifikans.

Det nye i forskernes artikel er, at det er lykkedes dem at styre de molekylære maskiner, hvilket i fremtiden kan gøre dem i stand til at udføre en kontrolleret bevægelse.

Ind i din krop

- Det betyder, at man i princippet kan sende maskinen derhen, hvor man ønsker, at den skal udføre sin funktion, siger Rikke Kristensen.

I fremtiden kunne man fx forestille sig, at man kunne pakke en molekylær maskine ind i en tablet med medicin og bruge den til at kontrollere, hvornår medicinen frigives.

Udfordringen med medicin er nemlig, at de aktive stoffer skal pakkes godt ind, mens de transporteres gennem kroppen for ikke at blive nedbrudt eller frigivet, før de når deres bestemmelsessted, men at de jo så også gerne skal frigives, når de når frem.

Og ind i din hjerne

- Hvis der indbygges en molekylær maskine i tabletten, kan den hjælpe, når de aktive stoffer i tabletten finder deres bestemmelsessted. Den molekylære maskine kan hjælpe med at åbne tabletten, så de aktive stoffer kan komme fri af tabletten og gøre gavn, hvor der er brug for dem, nævner Rikke Kristensen som eksempel på, hvad man måske engang i fremtiden kan bruge en molekylær maskine til.

Optimal aflevering af aktive stoffer til destinationer i kroppen er en kæmpe udfordring for alle, der udvikler nye lægemidler, og det er særligt vanskeligt, når de aktive stoffer skal frem til hjernen.

Den såkaldte blod/hjerne-barriere er en af de allermest uigennemtrængelige barrierer i den menneskelige organisme.

Skidt-fjernende maskiner

Et andet eksempel er at lade molekylære maskiner indgå i coating-produkter, som man lægger på overflader: Når man aktiverer de molekylære maskiners bevægelser, vil det kunne ændre overfladens egenskaber og hermed fjerne skidtet fra overfladen.

Og så er der de små computere: Molekylære maskiner har potentialet til at give os organiske computere, der er hundrede gange mindre end de computere, vi kender i dag.

Men lige så fascinerende det er at forestille sig fremtidige anvendelsesmuligheder, lige så vigtigt er det at huske på, at der lige nu er tale om ren grundforskning.

Hvor det hele ender og hvad vores efterkommere kan finde af anvendelsesmuligheder, tør vi ikke spå om

Jan O. Jeppesen, professor

- Lige nu går vi til emnet med nysgerrighed og et ønske om at forstå, hvad der overhovedet foregår, når vi begynder at manipulere med naturens allermindste byggeblokke.

- Hvor det hele ender og hvad vores efterkommere kan finde af anvendelsesmuligheder, tør vi ikke spå om, siger professor og forskningsleder Jan O. Jeppesen og tilføjer:

- Da elektriciteten blev opfundet, var der heller ingen, der kunne forudsige, hvordan det kom til at påvirke verden. Det er lidt det samme her; vi står med noget nyt, som vi måske ikke helt forstår perspektiverne i. Måske griner folk af vores forestillinger om 50 år. Måske bliver de overgået. Jeg kan ikke sige dig det.

Det nye er hjulet

Kort fortalt består forskernes gennembrud i, at det er lykkedes dem at kontrollere de molekylære maskiner således, at de kan styres til kun at bevæge sig i en retning.

- Det er et stort fremskridt. Hidtil har vi godt kunne sætte en molekylær maskine i bevægelse – men kun mellem to punkter. Nu kan vi i princippet sende maskinen afsted i en ønsket retning så længe, vi ønsker det, forklarer Rikke Kristensen og fortsætter:

- Det svarer til, at hjulene på en bil kun kan dreje en halv omgang frem og tilbage (som mellem to punkter). Det giver ikke fremdrift. Hvis bilen skal køre fremad, skal hjulene dreje rundt i den ønskede retning så længe, vi vil have dem til det. På samme måde er det vigtigt, at en molekylær maskine kan bevæge sig i samme retning hele tiden.

Illustration: Mikkel Larris, SDU

Sådan startes en molekylær maskine

Ligesom alle andre maskiner skal molekylære maskiner have tilført energi for at kunne starte. Nogle forskere arbejder med at sætte processen i gang med kemiske stoffer:

Et enkelt kemikalie-molekyle hældes i maskinen, og det får maskinens startmolekyle til at bevæge sig og sætte gang i maskinens følgende bevægelser. Problemet er, at det er en besværlig proces, og efter et stykke tid bliver maskinen forurenet og skal renses.

Varme og lys kan også bruges som energi, og så er der den måde, som Jan O. Jeppesens forskergruppe bruger. De sætter gang i den molekylære maskine med elektricitet; den får et lille bitte stød. En enkelt elektron er nok til at sætte fut i den molekylære maskine.

Mød forskeren

Professor Jan O. Jeppesen var ph.d. studerende ved University of California i Los Angeles under Sir Fraser Stoddart, der i 2016 var en af nobelprismodtagerne i kemi for sit arbejde med molekylære maskiner. I dag leder Jan O. Jeppesen en forskningsgruppe på SDU.

Kontakt

Mød forskeren

Rikke Kristensen har taget sin ph.d. og er nu postdoc i Jan O. Jeppesens forskningsgruppe.

Kontakt