Mechanosensitive and pH‐Gated Butterfly‐Shaped Artificial Ion Channel for High‐Selective K+ Transport and Cancer Cell Apoptosis

机械敏感通道 材料科学 生物物理学 离子运输机 离子通道 癌细胞 离子 纳米技术 化学 生物 生物化学 受体 遗传学 有机化学 癌症
作者
Yaqi Wu,Qiangqiang Xu,Yaoxuan Chen,Cong Li,Yanliang Wu,Xiaoxuan Yu,Hui Li,Zhengwei Xu,Jiayun Xu,Zhigang Ni,Yan Ge,Tengfei Yan,Zhenhui Qi,Junqiu Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202416852
摘要

To advance the exploration of mechanisms underlying natural multi-gated ion channels, a novel butterfly-shaped biomimetic K+ channel GnC7 (n = 3, 4) is developed with dual mechanical and pH responsiveness, exhibiting unprecedented K+/Na+ selectivity (G3C7: 34.4; G4C7: 41.3). These channels constructed from poly(propylene imine) dendrimer and benzo-21-crown-7-ethers achieve high K+ transport activity (EC50: 0.72 µm for G3C7; 0.9 µm for G4C7) due to their arc-like mechanical rotation. The dynamic mode relies on butterfly-shaped topology derived from the highly symmetrical core and multiple intramolecular hydrogen bonds. GnC7 can sense mechanical stimulus applied to liposomes/cells and then adapt the K+ transport rate accordingly. Furthermore, reversible ON/OFF switching of K+ transport is realized through the pH-controllable host-guest complexation. G4C7-induced ultrafast cellular K+ efflux (70% within only 9 min) efficiently triggers mitochondrial-dependent apoptosis of cancer cells by provoking endoplasmic reticulum stress accompanied by drastic Ca2+ sparks. This work embodies a multi-dimensional regulation of channel functions; it will provide insights into the dynamic behaviors of biological analogs and promote the innovative design of artificial ion channels and therapeutic agents.
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