I chimici hanno sviluppato un nanomateriale che possono attivare per cambiare forma, da fogli piatti a tubi e poi di nuovo a fogli, in modo controllabile. Il Giornale della Società Chimica Americana pubblicato una descrizione del nanomateriale, che è stato sviluppato presso l'Emory University e detiene il potenziale per una gamma di applicazioni biomediche, dalla somministrazione di farmaci a rilascio controllato all'ingegneria tissutale.

Il nanomateriale, che in forma di foglio è 10, 000 volte più sottile della larghezza di un capello umano, è fatto di collagene sintetico. Il collagene naturale è la proteina più abbondante nell'uomo, rendendo il nuovo materiale intrinsecamente biocompatibile.

"Nessuno ha mai prodotto collagene con le proprietà di mutamento della forma del nostro nanomateriale, "dice Vincenzo Conticello, autore senior del ritrovamento ed Emory professore di chimica biomolecolare. "Possiamo convertirlo da fogli a tubi e viceversa semplicemente variando il pH, o concentrazione di acido, nel suo ambiente».

L'Emory Office of Technology Transfer ha richiesto un brevetto provvisorio per il nanomateriale.

I primi autori del ritrovamento sono Andrea Merg, un ex borsista post-dottorato nel laboratorio Conticello che ora è all'Università della California Merced, e Gavin Touponse, che ha svolto il lavoro come studente universitario di Emory e ora frequenta la scuola di medicina a Stanford. Il lavoro è stato una collaborazione tra Emory e scienziati dell'Argonne National Laboratory, l'Istituto Paul Scherrer di Villigen, Svizzera, e il Center for Cellular Imaging and NanoAnalytics dell'Università di Basilea.

Il collagene è la principale proteina strutturale nel tessuto connettivo del corpo, come cartilagine, ossatura, tendini, legamenti e pelle. È abbondante anche nei vasi sanguigni, l'intestino, muscoli e in altre parti del corpo.

Collagene prelevato da altri mammiferi, come i maiali, è talvolta utilizzato per la guarigione delle ferite e altre applicazioni mediche negli esseri umani.

Il laboratorio di Conticello è uno delle poche decine al mondo focalizzato sullo sviluppo di collagene sintetico adatto per applicazioni in biomedicina e altre tecnologie complesse. Tali biomateriali sintetici "designer" possono essere controllati in modi che il collagene naturale non può.

"Già 30 anni fa, è diventato possibile controllare la sequenza del collagene, " Dice Conticello. "Il campo ha davvero preso vigore, però, negli ultimi 15 anni a causa dei progressi della cristallografia e della microscopia elettronica, che ci consente di analizzare meglio le strutture su scala nanometrica".

Lo sviluppo del nuovo nanomateriale mutaforma a Emory è stato "un fortuito incidente, " Dice Conticello. "C'era un elemento di fortuna e un elemento di design".

La proteina del collagene è composta da una tripla elica di fibre che si avvolgono l'una intorno all'altra come una corda a tre capi. I fili non sono flessibili, sono rigide come matite, e si impacchettano insieme strettamente in una matrice cristallina.

Il laboratorio Conticello lavora con i fogli di collagene sviluppati da un decennio. "Un foglio è uno grande, cristallo bidimensionale, ma a causa del modo in cui i peptidi si impacchettano è come un intero mazzo di matite impacchettate insieme, "Spiega Conticello. "Metà delle matite nel pacco hanno le mine rivolte verso l'alto e l'altra metà ha la gomma rivolta verso l'alto."

Conticello ha voluto provare a rifinire i fogli di collagene in modo che ogni lato fosse limitato a una funzionalità. Per approfondire l'analogia con la matita, una superficie del foglio sarebbe tutti i punti di piombo e l'altra superficie sarebbe tutte le gomme. L'obiettivo finale era sviluppare fogli di collagene che potessero essere integrati con un dispositivo medico rendendo una superficie compatibile con il dispositivo e l'altra superficie compatibile con le proteine ​​funzionali del corpo.

Quando i ricercatori hanno ingegnerizzato questi tipi separati di superfici in singoli fogli di collagene, però, furono sorpresi nell'apprendere che faceva arricciare i fogli come pergamene. Hanno quindi scoperto che la transizione del cambiamento di forma era reversibile:potevano controllare se un foglio era piatto o scorreva semplicemente cambiando il pH della soluzione in cui si trovava. Hanno anche dimostrato che potevano sintonizzare i fogli per cambiare forma a particolari livelli di pH in un modo che potrebbe essere controllato a livello molecolare attraverso la progettazione.

"È particolarmente interessante che la condizione attorno alla quale avviene la transizione sia una condizione fisiologica, " Dice Conticello. "Ciò apre la possibilità di trovare un modo per caricare una terapia in un tubo di collagene sotto controllo, condizioni di laboratorio. Il tubo di collagene potrebbe quindi essere sintonizzato per dispiegarsi e rilasciare le molecole di farmaco che contiene dopo essere entrato nell'ambiente del pH di una cellula umana".