Gli anticorpi sono proteine ​​che agiscono come molecole di riconoscimento per i patogeni, come virus e batteri, e sono i cavalli di battaglia del sistema immunitario del corpo. Riconoscono molecole specifiche e si legano ad esse molto forte, che li rende ideali per applicazioni biomediche come diagnostica o trattamenti terapeutici. Sfortunatamente, la produzione di anticorpi è costosa, e non sono molto stabili. Ciò ha motivato un numero crescente di chimici a esplorare nuovi materiali sintetici in grado di imitare aspetti chiave della struttura e della funzione degli anticorpi. Ciò nonostante, rimane una sfida fondamentale per creare popolazioni chimicamente diverse di proteine ​​simili, nanostrutture sintetiche piegate che possono essere adattate per legare in modo specifico agenti patogeni e altre molecole.

In un recente studio pubblicato su ACS Nano , un team di personale di fonderia, lavorando a stretto contatto con gli utenti di UC San Francisco, Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale, e l'Università di New York, hanno sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare e vagliare rapidamente librerie di nanostrutture peptoidi bidimensionali in grado di legare selettivamente le proteine ​​bersaglio. I peptoidi sono bioispirati, molecole definite in sequenza che agiscono come elementi costitutivi per la costruzione di strutture simili a proteine.

"Ora possiamo facilmente costruire popolazioni di materiali sintetici che possono essere ingegnerizzati per riconoscere un potenziale agente patogeno, " ha detto Ron Zuckermann, uno scienziato senior presso la fonderia che ha guidato lo studio. "È un fulgido esempio di nanoscienza biomimetica:creare architetture chimiche funzionali da piegati, catene polimeriche ricche di informazioni”.

Zuckermann e i suoi colleghi hanno progettato una famiglia di polimeri peptoidi da piegare in nanofogli ordinati che mostrano un'alta densità di diversi anelli peptoidi sulla loro superficie, come una versione molecolare del velcro. La densità dei loop sul nanosheet offre più siti di attacco alle proteine ​​bersaglio e aumenta la selettività e la sensibilità del legame.

Una delle principali limitazioni allo screening di grandi librerie di nanostrutture piegate è la complessità della loro sintesi. Il team di ricerca ha lavorato per automatizzare quasi ogni fase del processo di sintesi e screening, dalla sintesi chimica di peptoidi contenenti loop (loopoids), assemblando i loopoid in nanosheet, screening dei nanosheet loopoid contro varie proteine ​​​​per attività di legame (hits), e convalidare i risultati.

Utilizzando questa nuova procedura, i ricercatori hanno identificato una struttura peptoide che si lega prontamente e selettivamente all'antigene protettivo dell'antrace, una proteina correlata alla tossina.

"Questo lavoro è stato il risultato di un enorme sforzo da parte di numerose istituzioni e rappresenta una pietra miliare per il settore, ", ha detto Zuckermann.

Ottimizzazione della sintesi, assemblea, e i processi di screening forniscono una strategia scalabile per la generazione e lo screening di grandi librerie chimiche di nanomateriali 2-D che possono esibire un legame potente e selettivo alle proteine ​​bersaglio. Queste proprietà dovrebbero consentire la rapida scoperta di materiali leganti specifici per i patogeni e avere un impatto su molte applicazioni biomediche come il rilevamento, diagnostica, e terapeutici.