I cosmetici moderni e gli impianti medici contengono molte sostanze inorganiche. Gli studi dei ricercatori della South Ural State University mirano a comprendere come le molecole biologiche del corpo umano interagiranno con nuove, straniera, molecole inorganiche e impianti. Uno studio del team di nanotecnologi SUSU pubblicato su Langmuir potrebbe far progredire la medicina internazionale, cosmetologia e trapiantologia.

Il mistero delle biomolecole

Il corpo umano è un ovvio esempio dell'interazione tra l'organico e l'inorganico. Le proteine ​​generate nel corpo umano sono in grado di formare un minerale, fosfato di calcio, da cui sono formate tutte le ossa e i denti, un naturale, parte inorganica del corpo. Però, il meccanismo della formazione delle parti inorganiche non è stato ancora scoperto. Gli scienziati del SUSU Nanotechnology Research and Education Center si sono posti l'obiettivo di ripetere i processi di crescita delle parti inorganiche del corpo umano in condizioni di laboratorio utilizzando proteine ​​biominerali.

Ciò aiuterà gli scienziati e i ricercatori medici di tutto il mondo a capire come interagiscono materia organica e inorganica, che potrebbe supportare le future scoperte scientifiche in medicina, cosmetologia e trapiantologia. "Il primo compito che ci siamo posti è stato capire come le grandi molecole (proteine) interagiscono con questa fase minerale. Prima di combinarsi con il minerale microcristallino, le proteine ​​devono entrare in stretto contatto con il minerale, e metaforicamente parlando, prendergli la mano prima di integrarsi in una grande struttura ossea. A gennaio 2019 è stato pubblicato il nostro articolo, che era dedicato a come le interazioni tra le biomolecole delle proteine ​​e le parti minerali (cristalli inorganici) avvengono in modo semplice, "dice Oleg Bolshakov, capo progetto e ricercatore del Nanotechnology REC.

Il problema principale era che era difficile isolare le proteine ​​mineralizzanti nella loro forma pura.

"Non abbiamo individuato proteine, perchè non sono disponibili. Quindi abbiamo deciso di studiare le interazioni non con la proteina stessa, ma con il suo costituente (aminoacidi). Sapendo come una sequenza di amminoacidi interagirà con una proteina, possiamo formulare un'ipotesi su come una complessa combinazione di amminoacidi interagirà con i microcristalli inorganici. Il nostro articolo era dedicato all'interazione con gli amminoacidi".

Studi sugli aminoacidi in laboratorio

Per completare una serie di studi sulla biomineralizzazione, i ricercatori hanno scelto una sintesi ecologicamente pulita di materia inorganica, nello specifico, nanoparticelle di biossido di titanio, poiché questo è uno dei principali campi di ricerca del SUSU Nanotechnology REC.

"In molti modi, le conclusioni delle nostre misurazioni completano quanto affermato in precedenza nelle nostre opinioni teoriche. Per esempio, abbiamo confermato una congettura precedentemente affermata che i cosiddetti acidi carichi negativamente (o amminoacidi acidi) interagiscono molto più debolmente con le nanoparticelle rispetto agli amminoacidi basici. Il nostro team è stato il primo a mostrare esattamente quanto debolmente interagiscono, " spiega Oleg Bolshakov.

I ricercatori SUSU hanno coinvolto nei loro studi tutte le strutture di Nanotechnology REC, partendo dal laboratorio di sintesi, dove hanno formato le nanoparticelle della più alta cristallinità grazie allo studente post-laurea Roman Morozov. Queste nanoparticelle sono state caratterizzate utilizzando tutti i tipi di microscopia:microscopia elettronica a trasmissione e scansione, spettroscopia ad infrarossi, e spettroscopia ultravioletta.

Analisi computerizzata dei risultati

Una parte significativa della ricerca è stata dedicata alla modellazione teorica dei risultati. Vladimir Potemkin, Responsabile del Laboratorio Computer-Aided Drug Design della SUSU, è uno specialista riconosciuto in questo campo e ha sviluppato il proprio metodo di modellazione teorica. I suoi calcoli hanno mostrato che è il gruppo amminico in particolare che prevede l'adesione delle molecole biologiche alle nanoparticelle, cioè con microcristalli inorganici.

Gli studi dei ricercatori della South Ural State University sono piuttosto importanti. Per esempio, un gran numero di pigmenti nei prodotti cosmetici e negli impianti medici utilizza l'ossido di titanio. Le basi teoriche e pratiche poste dai ricercatori consentiranno di capire come le molecole biologiche interagiranno con queste introduzioni estranee e determineranno quale interazione fornirà la migliore affinità. I ricercatori intendono continuare la loro serie di studi sulla biomineralizzazione.