Cercetătorii folosesc cele mai puternice secrete ale naturii pentru a construi biomateriale și mai puternice – ScienceDaily

Prima meta-analiză a tipului său de 236 de specii care trăiesc în Marea Mediterană - ScienceDaily

Cei care au încercat să scoată o midie din orice, de la lemn la stâncă, știu cât de încăpățânate sunt moluștele subacvatice – iar secretul lor lipicios i-a captivat de mult pe oamenii de știință. De ani de zile, cercetătorii au încercat să reproducă adezivul extraordinar și proprietățile sale în laborator, țintind unele dintre cele opt proteine ​​pe care midiile le secretă și le folosesc pentru a acoperi un organ numit picior pe care midiile îl folosesc pentru a se atașa de suprafețe.

Acum, folosind o metodă nouă de aranjare a moleculelor, cercetătorii de la Universitatea Northwestern au creat un material care are performanțe chiar mai bune decât lipiciul pe care încercau să-l mimeze. Descoperirile lor, care vor fi publicate pe 3 martie în Jurnalul Societății Americane de Chimieextinde modul în care acești polimeri asemănători proteinelor pot fi utilizați ca platformă pentru a crea noi materiale și terapii.

„Polimerul ar putea fi folosit ca adeziv într-un context biomedical, ceea ce înseamnă că acum îl puteți lipi de un anumit țesut din corp”, a spus Nathan Gianneschi de la Northwestern. „Și păstrați alte molecule în apropiere într-un singur loc, ceea ce ar fi util în vindecarea sau repararea rănilor”.

Gianneschi a condus studiul și este profesor de chimie Jacob și Rosaline Cohn la Colegiul de Arte și Științe Weinberg din Northwestern.

Proteine ​​precum cele secretate de picioarele de midii există în jurul naturii. Evoluția și-a făcut un obicei din a crea aceste lanțuri lungi și liniare de aminoacizi care se repetă din nou și din nou (numite proteine ​​repetate în tandem sau TRP). Apărând uneori elastice, puternice și lipicioase, cadrele proteice apar în aripi și picioare de insecte, mătase de păianjen și picioare de midii. Oamenii de știință cunosc exact secvențele primare de aminoacizi care alcătuiesc multe astfel de proteine, dar au dificultăți în replicarea procesului natural complicat, păstrând în același timp calitățile extraordinare.

Primul autor al lucrării, Or Berger, un cercetător postdoctoral în laboratorul lui Gianneschi, care studiază peptidele – chiar aceste lanțuri de aminoacizi – a venit cu o idee despre cum să aranjeze blocurile de construcție a aminoacizilor în mod diferit pentru a reproduce proprietățile, mai degrabă decât a copia direct structura midii. proteine.

Luând blocul uneia dintre proteine ​​(decapeptida repetată, o secvență de 10 aminoacizi care alcătuiește proteina piciorului de midii) și conectând-o într-un polimer sintetic, Berger a considerat că proprietățile pot fi îmbunătățite.

În calitate de director asociat al Institutului Internațional de Nanotehnologie, Gianneschi și-a construit o mare parte din laboratorul său în jurul ideii de a imita proteinele în funcție prin utilizarea chimiei polimerilor. În cadrul terapiei de precizie, terapiile medicamentoase, cum ar fi anticorpii și alte molecule mici, combate unele boli, în care un nanopurtător este utilizat pentru a furniza un medicament pentru a ținti mai eficient. Dar Gianneschi spune că replicarea proteinelor ar putea aborda problemele biologice în mod diferit, prin schimbarea interacțiunilor în interiorul și între celulele care sunt implicate în progresia bolii sau între celule, țesuturi și materiale.

„Proteinele aranjează aminoacizii ca lanțuri, dar în schimb i-am luat și i-am aranjat în paralel, pe o coloană densă de polimer sintetic”, a spus Gianneschi. „Acesta a fost același lucru pe care am început să-l facem pentru controlul interacțiunilor biologice specifice, așa că aceeași tehnologie de platformă pe care o vom folosi pentru terapiile viitoare a devenit cu adevărat potențial interesantă în știința materialelor”.

Rezultatul a fost ceva care arată ca o perie de peptide, mai degrabă decât să unească împreună aminoacizii într-o linie dreaptă ca un lanț. În timp ce noul proces poate părea a adăuga o etapă suplimentară, formarea polimerilor asemănători proteinelor (PLP) omite mai mulți pași, solicitând cercetătorilor să formeze peptide într-un sintetizator ușor disponibil și să le introducă în coloana vertebrală strânsă, mai degrabă decât să treacă prin pași plictisitori de proteine. expresie.

Pentru a testa eficacitatea noului material, cercetătorii au aplicat fie materialul polimeric, fie proteina nativă de midii pe plăci de sticlă. Cercetătorii au plasat celule pe plăci și apoi, după ce le-au spălat, au evaluat câte celule sunt prezente, atașate sau nu, pentru a măsura cât de bine au funcționat materialele. Ei au descoperit că PLP a format un superglue celular, lăsând cele mai multe celule atașate în comparație cu amestecul nativ și placa netratată.

„De fapt, nu am vrut să îmbunătățim proprietățile midii”, a spus Berger. „Am vrut doar să-l imităm, dar când am mers și l-am testat în mai multe teste diferite, am obținut proprietăți mai bune decât materialul nativ în aceste setări.”

Echipa speră că modelul poate fi aplicabil pe scară largă peste alte proteine ​​care își repetă secvența pentru a câștiga funcție într-un mod nou de a replica proteinele. Ei presupun că o astfel de platformă ar putea funcționa mai bine decât omologii lor nativi, deoarece sunt dense și scalabile. Gianneschi a spus că aceasta este prima dintre multele lucrări care discută despre imitațiile proteinelor pe bază de polimeri și că se gândește deja la aplicații pentru materiale viitoare.

Rezilina, de exemplu, o proteină elastică care se găsește în picioarele și aripile insectelor, ar putea fi folosită pentru a face drone flexibile și alte roboti.

„Când vorbiți despre polimeri, unii oameni se gândesc imediat la pungi și sticle de plastic”, a spus Gianneschi. „În schimb, acestea sunt materiale foarte funcționale, avansate de precizie, făcute accesibile”.

Gianneschi și Berger sunt inventatori privind proprietatea intelectuală în așteptare în acest spațiu. Gianneschi este, de asemenea, profesor de inginerie biomedicală și știința materialelor și inginerie la Școala de Inginerie McCormick și membru al Institutului de chimie a proceselor de viață, Institutului Simpson Querrey și Centrul cuprinzător al cancerului Robert H. Lurie de la Universitatea Northwestern. El este co-fondatorul unei companii, Grove Biopharma, care încearcă să dezvolte versiuni ale acestor materiale ca terapii translaționale.

.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.