Nanoscale energy production for implantable medical devices

用于植入式医疗设备的纳米级能量生产

基本信息

  • 批准号:
    8306909
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 76.23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-30 至 2014-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nanobiotechnology offers the possibility of new forms of medical treatments, such as implantable devices that carry out biological or mechanical functions, or deliver drugs to specific tissues. Because proteins function so efficiently at this small scale, they will likely be major components of nanodevices. However, a number of important obstacles must be overcome for nanodevices to realize their potential. One of the most critical problems is how to supply implantable nanodevices with energy. Our work on the physiology of mammalian sperm has inspired us with a strategy to address this important issue. Sperm generate ATP throughout the flagellar principal piece by using glycolytic enzymes tethered to a cytoskeletal support by means of germ cellspecific targeting domains. We hypothesize that by identifying and modifying these domains, we can generate recombinant glycolytic enzymes that can be bound to a support and retain function. As proof of principle, we have made modified forms of the first two enzymes in this pathway, and show their activities in series when coupled to the same support. To our knowledge, this is the first demonstration of sequential enzymatic activities in a multi-step pathway on a hybrid organic-inorganic device. These data also support our hypothesis that sperm provide a natural model of how to produce ATP locally on nanodevices. We propose to construct similarly modified recombinant forms of the rest of the enzymes of glycolysis, as well as an additional enzyme that will be needed for co-enzyme regeneration. We shall then test the activities of these enzymes individually, in sub-assemblies, and in series on single supports in our effort to design a system through which implantable nanodevices can produce their own energy from freely available circulating glucose. If successful, our innovative strategy will produce an enabling technology that should advance a variety of medical applications for nanobiotechnology.
纳米生物技术提供了新形式的医疗治疗的可能性,例如可植入设备 执行生物学或机械功能,或将药物输送到特定的组织。因为蛋白质功能 因此,在这个小规模上,它们很可能是纳米版的主要组成部分。但是,许多 必须克服重要的障碍,以使纳米渡边实现其潜力。最关键的 问题是如何用能量提供可植入的纳米构造。我们关于哺乳动物生理学的工作 精子激发了我们解决这一重要问题的策略。精子在整个过程中产生ATP 鞭毛主要碎片,使用糖酵解酶通过生殖细胞特异 定位域。我们假设通过识别和修改这些域,我们可以生成 可以与支持并保留功能结合的重组糖酵解酶。作为原则的证明,我们 已经在此途径中制作了前两种酶的修改形式,并在串联展示其活动 加上相同的支持。据我们所知,这是顺序酶促的首次演示 在混合有机无机设备上的多步途径中的活动。这些数据也支持我们的假设 该精子提供了如何在纳米版本上局部生产ATP的自然模型。 我们建议构建类似修饰的重组形式的其他糖酵解酶的重组形式,如 以及辅助再生所需的额外酶。然后我们将测试活动 这些酶在子组件中单独进行,以及一系列的单一支持,以设计一个 可植入的纳米版本可以通过自由循环产生自己的能量的系统 葡萄糖。如果成功的话,我们的创新策略将产生一种有能力的技术,该技术应该推动 纳米生物技术的多种医疗应用。

项目成果

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