Biomateriali a forma di fiore che utilizzano blocchi di proteine ingegnerizzate. Credito:Nancy Hernandez, William Hansen e Slava Manichev
Gli scienziati possono trasformare le proteine in schemi senza fine che sembrano fiori, alberi o fiocchi di neve, una tecnica che potrebbe aiutare a progettare un filtro per l'acqua contaminata e i tessuti umani.
Il loro studio, guidato da ricercatori della Rutgers University–New Brunswick, appare sul giornale Chimica della natura . Lo studio ha incluso anche scienziati del Baylor College of Medicine e dell'Università del Minnesota.
"Gli ingegneri biomolecolari hanno lavorato per modificare gli elementi costitutivi della vita:proteine, DNA e lipidi:per imitare la natura e formare forme e strutture interessanti e utili, " ha detto l'autore senior Sagar D. Khare, professore associato presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica della School of Arts and Sciences di Rutgers-New Brunswick. "Il nostro team ha sviluppato un framework per l'ingegneria delle proteine esistenti in forme frattali".
In natura, elementi costitutivi come le molecole proteiche sono assemblati in strutture più grandi per scopi specifici. Un classico esempio è il collagene, che forma il tessuto connettivo nel nostro corpo ed è forte e flessibile a causa di come è organizzato. Piccole molecole proteiche si assemblano per formare strutture che vengono ridimensionate e possono essere lunghe quanto i tendini. Anche gli assemblaggi di proteine naturali sono dinamici, formarsi e dissolversi in risposta a stimoli.
Il team di ricerca ha sviluppato una tecnica per assemblare le proteine in frattali, o geometrico, forme che si ripetono più e più volte. Gli esempi includono alberi, foglie e ananas. Il team ha utilizzato un software di ingegneria proteica per progettare proteine che si legano tra loro, così formano un frattale, forma ad albero in risposta a uno stimolo biologico, come in una cella, tessuto o organismo. Possono anche manipolare le dimensioni delle forme, così assomigliano ai fiori, alberi o fiocchi di neve, che vengono visualizzati utilizzando speciali tecniche di microscopia.
Queste tecniche potrebbero portare a nuove tecnologie come un filtro per il biorisanamento, che utilizza molecole biologiche per rimuovere gli erbicidi dall'acqua contaminata, o matrici sintetiche per aiutare a studiare le malattie umane o aiutare l'ingegneria dei tessuti per ripristinare, migliorare o preservare i tessuti o gli organi danneggiati.
I prossimi passi sono sviluppare ulteriormente la tecnologia ed espandere la gamma di proteine che formano forme frattali e utilizzano stimoli diversi, come sostanze chimiche e luce. Gli scienziati vogliono anche studiare in modo più dettagliato come si formano le forme frattali, in modo da poter ottenere un maggiore controllo sul processo e sulle forme e dimensioni dei biomateriali di design.