Gli scienziati sanno da tempo che la melanina, i pigmenti che danno colore alla pelle, capelli e occhi:ha numerose qualità utili, compresa la protezione dalle radiazioni UV cancerogene e dai radicali liberi, ma anche conduttanza elettronica, adesività e capacità di immagazzinare energia.

Per sfruttare queste qualità, scienziati della City University of New York (CUNY) hanno sviluppato un nuovo approccio per la produzione di materiali che non solo imitano le proprietà della melanina, ma forniscono anche un controllo senza precedenti sull'espressione delle proprietà specifiche del biopolimero, secondo un articolo pubblicato oggi sulla rivista Scienza . La scoperta potrebbe consentire lo sviluppo di prodotti cosmetici e biomedici.

A differenza di altri biopolimeri, come DNA e proteine, dove esiste un collegamento diretto tra le strutture ordinate dei polimeri e le loro proprietà, la melanina è intrinsecamente disordinata, quindi non è possibile collegare direttamente la struttura alla funzione. Di conseguenza, i ricercatori non sono stati in grado di sfruttare appieno le proprietà della melanina perché la sintesi di melanina in laboratorio è stata ostacolata dalla difficoltà di ingegnerizzare la sua struttura molecolare disordinata.

"Abbiamo sfruttato le versioni semplici delle proteine:tripeptidi, costituito da soli tre amminoacidi, per produrre una gamma di architetture molecolari con livelli di ordine e disordine precisamente controllati, " ha affermato il ricercatore capo Rein V. Ulijn, direttore della Nanoscience Initiative presso l'Advanced Science Research Center (ASRC) presso il Graduate Center, CUNY. "Siamo rimasti sorpresi di vedere che, all'ossidazione di queste strutture peptidiche, si sono formati pigmenti polimerici con una gamma di colori, dal beige chiaro al marrone intenso."

Successivamente, una caratterizzazione approfondita dell'approccio ha dimostrato che ulteriori proprietà, come l'assorbanza UV e la morfologia su scala nanometrica dei materiali simili alla melanina, potrebbe anche essere sistematicamente controllato dalla sequenza amminoacidica del tripeptide.

"Abbiamo scoperto che la chiave per ottenere polimeri con disordine controllato è partire da sistemi che hanno un ordine variabile integrato, " disse Ayala Lampel, un ricercatore ASRC post-dottorato e il primo autore del documento. "Primo, abbiamo scoperto come la sequenza amminoacidica di un insieme di tripeptidi dia origine ad architetture diversamente ordinate. Prossimo, abbiamo sfruttato queste strutture ordinate come modelli per l'ossidazione catalitica per formare pigmenti peptidici con una gamma di proprietà".

I risultati pubblicati in Scienza basarsi su precedenti ricerche condotte da Ulijn, che è anche Albert Einstein Professor of Chemistry all'Hunter College e membro della facoltà di dottorato in biochimica e chimica presso il Graduate Center. Il suo laboratorio ora rivolgerà la sua attenzione a chiarire ulteriormente le strutture chimiche che formano e ad espandere le funzionalità e le proprietà risultanti dei vari materiali simili alla melanina che producono. I ricercatori stanno anche perseguendo la commercializzazione di questa nuova tecnologia, che include possibilità a breve termine nei cosmetici e nella biomedicina.

Christopher J. Betting, un ricercatore della Carnegie Mellon University specializzato in applicazioni di melanina nell'accumulo di energia, ha collaborato con il team ASRC al lavoro in corso. Tra i materiali scoperti, ha scoperto che bidimensionale, i polimeri simili a fogli mostrano una significativa capacità di accumulo di carica. "Espandere i parametri di composizione di questi peptidi potrebbe aumentare sostanzialmente l'utilità dei pigmenti risultanti, e questa ricerca può anche aiutarci a comprendere meglio le proprietà strutturali e le funzioni delle melanine naturali, " ha detto Betting.