I materiali a base di titanio sono ampiamente utilizzati nella tecnologia degli impianti medici. Rivestire la superficie dei materiali in titanio con molecole biologicamente attive ha recentemente mostrato risultati promettenti per migliorare il modo in cui le cellule aderiscono agli impianti e promuovono la rigenerazione dei tessuti. I meccanismi alla base del modo in cui i peptidi si attaccano al titanio, però, non sono completamente comprese.

I ricercatori della Deakin University in Australia hanno scoperto come gli ioni calcio presenti all'interfaccia tra l'ossido di titanio e i tessuti influenzino il modo in cui i peptidi si legano al metallo. Il team riporta le proprie scoperte in un numero speciale di Biointerfasi , che sta mettendo in evidenza le donne nel campo della scienza delle biointerfacce. Utilizzando strumenti di recente sviluppo nelle simulazioni di dinamica molecolare, i risultati del gruppo forniscono una prima comprensione di come un giorno potremmo usare la composizione del sale per mettere a punto le reazioni tra gli impianti in titanio e il corpo.

"Questo lavoro contribuisce a uno sforzo duraturo e continuo per identificare miglioramenti sistematici per i materiali implantari portanti, " ha detto Tiffany Walsh, un autore sulla carta. "I comportamenti di legame che abbiamo identificato per questi peptidi in presenza di ioni potrebbero guidare gli altri nella progettazione di nuovi rivestimenti per impianti".

Si ritiene che il rivestimento delle superfici in titanio con biomolecole per aderire ai tessuti ospiti sia aiutato dagli ioni inorganici vicini nel corpo. A causa della loro maggiore carica positiva e del loro ruolo nella segnalazione cellulare, si sospetta che gli ioni calcio siano particolarmente utili.

Per affrontare queste domande, Walsh e i suoi colleghi hanno creato un modello al computer della superficie ossidata del titanio. Il gruppo ha simulato due peptidi leganti il ​​titanio, Ti-1 e Ti-2, in soluzioni di cloruro di calcio e cloruro di sodio mediante simulazioni di dinamica molecolare. Questo approccio di calcolo approssima e modella le interazioni tra le numerose molecole in un sistema. Nel loro modello, si sono affidati a una tecnica avanzata chiamata scambio di repliche con tempra in soluti che accelera l'esplorazione delle strutture peptidiche.

Il gruppo ha scoperto che gli ioni di calcio caricati positivamente aiutavano Ti-1 ad aderire alla superficie del titanio fungendo da connettore tra l'ossido di titanio caricato negativamente e l'asparagina, un residuo all'interno del peptide Ti-1. Questo processo porta poi ad altri residui che si fissano direttamente alla superficie dell'ossido di titanio. Per Ti-2, però, si è scoperto che gli ioni calcio limitano l'accesso alla superficie.

I dati delle loro simulazioni indicano principi migliorati per la progettazione di peptidi con affinità sintonizzabile per l'applicazione del titanio. Walsh ha detto che si aspetta che i loro risultati portino a esplorare ulteriormente l'interfaccia del tessuto in titanio, comprese molecole con un dominio di legame per il titanio e uno per le biomolecole.

"Il titanio è un materiale da impianto comune, e la nostra comprensione di come modulare in modo vantaggioso l'interazione tra titanio e tessuto vivente, pur essendo molto avanzato, ha ancora molto da fare, " ha detto Walsh. "Vogliamo contribuire a questo sforzo in corso".