La natura assembla squisitamente proteine ​​e peptidi in materiali funzionali altamente ordinati, come quelli critici per la formazione ossea. Questi materiali naturali ispirano i ricercatori a innovare gli approcci per imitare la natura per una gamma di potenziali applicazioni biomediche. Recentemente scienziati dei materiali guidati dal Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno assemblato reti di polimeri sintetici simili a proteine ​​(peptoidi) altamente ordinati su una superficie piana, segnando un importante passo avanti nei rivestimenti biomimetici.

Quel gruppo di ricerca, guidato da Chun-Long Chen del PNNL, ha ottenuto con successo l'autoassemblaggio di peptoidi in reti di nanonastri con motivo esagonale su superfici minerali. Cosa significa questo per qualcuno che non è uno scienziato dei materiali? Significa che i ricercatori hanno rivestito molecole simili a proteine ​​su superfici solide in modo altamente ordinato per creare materiali simili alle superfici dei tessuti duri, come ossa o conchiglie. Questo è simile al modo in cui le proteine ​​naturali formano array organizzati per dotare i tessuti di proprietà uniche. Il nuovo approccio dei ricercatori potrebbe potenzialmente portare allo sviluppo di materiali di rivestimento biomimetici per una varietà di applicazioni.

Le proteine ​​presenti in natura formano le macchine molecolari che rendono possibile la vita. I peptoidi sono altamente stabili, molecole simili a proteine ​​sviluppate dagli scienziati per imitare le proteine ​​naturali. sono economici, versatile, e personalizzabile e può essere progettato per avere forme e funzioni specifiche. L'autoassemblaggio molecolare è fondamentale in biologia per costruire materiali proteici ben definiti. I ricercatori sono stati in grado di ottenere un autoassemblaggio controllabile di peptoidi su una superficie piana manipolando le interazioni a livello molecolare attraverso tecniche avanzate di chimica e microscopia.

La loro scoperta fornisce una piattaforma nuova e robusta da cui assemblare polimeri sintetici definiti in sequenza in materiali biomimetici. Le applicazioni risultanti dalla scienza potrebbero includere rivestimenti superficiali con funzioni sintonizzabili per l'uso nella riparazione o rigenerazione ossea, adesione cellulare, anti impronta, attività antibatterica, e altro ancora.

Il team di ricerca di Chen ha ottenuto l'assemblaggio controllabile di peptoidi definiti in sequenza manipolando la loro chimica della catena laterale per regolare le interazioni molecolari. Hanno quindi utilizzato uno speciale microscopio in grado di vedere le molecole per osservare l'assemblaggio peptoide in tempo reale. I ricercatori hanno anche misurato quanta energia è stata necessaria per allontanare i peptoidi l'uno dall'altro e dalla superficie minerale. I risultati combinati hanno permesso al team di comprendere meglio i meccanismi che portano all'assemblaggio di questi peptoidi in nanonastri a forma esagonale. Hanno inoltre dimostrato che l'assemblaggio peptoide diretto sulla superficie può essere utilizzato come strumento per fabbricare materiali di rivestimento biomimetici con funzionalità controllate.

Il team sta spingendo i peptoidi a fare di più attraverso la Materials Synthesis and Simulation Across Scales Initiative del PNNL e il programma sui materiali biomolecolari dell'Office of Basic Energy Sciences del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Stanno studiando la capacità dei peptoidi di autoassemblarsi sia su superfici solide che in soluzione per sviluppare nuovi materiali, come le membrane biomimetiche. In definitiva, sperano di ottenere una comprensione più completa dell'assemblaggio peptoide che sia programmabile e prevedibile.