Un nuovo studio condotto da esperti di nanotecnologia e biotecnologia presso il Rensselaer Polytechnic Institute fornisce importanti dettagli su come le proteine nel nostro corpo interagiscono con i nanomateriali. Nel loro nuovo studio, pubblicato nell'edizione online del 2 febbraio della rivista Nano lettere, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo strumento per determinare l'orientamento delle proteine su diverse nanostrutture. La scoperta è un passo fondamentale nello sforzo di controllare l'orientamento, struttura, e funzione delle proteine nel corpo utilizzando nanomateriali.
"Ad oggi, si sa molto poco su come le proteine interagiscono con una superficie su scala nanometrica, "ha detto Jonathan Dordick, direttore del Centro per le biotecnologie e gli studi interdisciplinari di Rensselaer (CBIS), l'Howard P. Isermann '42 Professore di Ingegneria Chimica e Biologica, e co-autore corrispondente dello studio. "Con una migliore comprensione di come una proteina interagisce con una superficie, possiamo sviluppare superfici personalizzate su nanoscala e progettare proteine in grado di svolgere una varietà di compiti sorprendenti nel corpo umano".
I ricercatori cercano di utilizzare la nanotecnologia in una varietà di applicazioni biologiche e mediche, che vanno dai biosensori in grado di rilevare il cancro nel corpo agli scaffold che aiutano a far crescere nuovi tessuti e organi, secondo i ricercatori. Tali tecnologie implicano l'interazione tra cellule biologiche e materiali non biologici su nanoscala. Queste interazioni sono controllate in parte da proteine all'interfaccia tra i due materiali. A un livello così minuscolo, il più piccolo cambiamento nella struttura di un materiale può cambiare enormemente le proteine coinvolte e quindi alterare il modo in cui le cellule del corpo umano rispondono al nanomateriale. Infatti, le proteine sono tra le molecole più complesse (e volubili) del nostro corpo, cambiando rapidamente il loro orientamento o struttura e quindi la loro capacità di interagire con altre molecole. Il controllo del loro orientamento e della loro struttura attraverso le loro interazioni con i nanomateriali è essenziale per il loro uso affidabile e sicuro nelle nuove biotecnologie, secondo Dordick.
"Negli ultimi dieci anni abbiamo imparato a creare nanomateriali con un'ampia varietà di strutture controllate, e abbiamo scoperto e iniziato a imparare come queste strutture possono avere un impatto positivo sull'attività cellulare, " ha detto Richard Siegel, il Robert W. Hunt Professor di Scienza e Ingegneria dei Materiali a Rensselaer, direttore del Rensselaer Nanotechnology Center, e co-autore corrispondente dello studio. "Apprendiamo di più sul ruolo delle interazioni nanostruttura-proteina che causano questo impatto, saremo in grado in futuro di sfruttare questa conoscenza a beneficio della società attraverso una migliore assistenza sanitaria. Oltre al miglioramento dell'assistenza sanitaria, questo lavoro aiuterà anche a consentire la produzione di un'ampia gamma di nuovi materiali compositi gerarchici, basati su polimeri sintetici, biomolecole, e nanostrutture - che rivoluzioneranno la nostra capacità di risolvere molti problemi critici che la società in tutto il mondo deve affrontare".
Ciò che i ricercatori hanno scoperto in questo e nei loro studi precedenti è che le dimensioni e la curvatura della nanosuperficie hanno cambiato notevolmente il modo in cui le proteine si sono orientate sulle superfici e hanno cambiato la loro struttura, e questo ha influenzato la stabilità delle proteine. Hanno scoperto che le nanostrutture con superfici più piccole e più curve favoriscono l'orientamento delle proteine che porta a proteine più stabili rispetto alle strutture con superfici più grandi e piatte.
Per giungere a queste conclusioni, i ricercatori hanno studiato diverse proteine ben studiate, compreso il citocromo c, RNasi A, e lisozima e monitorato il loro assorbimento su nanoparticelle di silice di diverse dimensioni. In questo ultimo lavoro, hanno modificato chimicamente le proteine adsorbite per formare "tag" chimici che hanno fornito ai ricercatori importanti informazioni su come le proteine sono state adsorbite su diverse superfici di silice. Quando i nanomateriali e le proteine sono stati studiati utilizzando la spettrometria di massa, i tag hanno fornito nuove preziose informazioni sull'orientamento superficiale delle proteine. La spettrometria di massa analizza la distribuzione di massa di un materiale per determinarne la composizione elementare e le caratteristiche strutturali, ed era molto sensibile ai tag chimici aggiunti alle proteine.
