Gli scienziati dell'Università di Leeds hanno sviluppato un approccio che potrebbe aiutare nella progettazione di una nuova generazione di biomateriali sintetici a base di proteine.

I biomateriali potrebbero eventualmente avere applicazioni nella riparazione delle articolazioni o nella guarigione delle ferite, nonché in altri campi dell'assistenza sanitaria e della produzione alimentare.

Ma una delle sfide fondamentali è controllare e mettere a punto il modo in cui i mattoni delle proteine ​​si assemblano in reti proteiche complesse che costituiscono la base dei biomateriali.

Gli scienziati di Leeds stanno studiando come le modifiche alla struttura e alla meccanica dei singoli elementi costitutivi delle proteine ​​(cambiamenti su scala nanometrica) possono alterare la struttura e la meccanica del biomateriale a livello macro preservando la funzione biologica della rete proteica.

In un articolo pubblicato dalla rivista scientifica ACS Nano , i ricercatori riferiscono di essere stati in grado di alterare la struttura di una rete proteica rimuovendo uno specifico legame chimico nei mattoni delle proteine. Hanno chiamato questi legami i "punti proteici".

Con le graffette proteiche rimosse, le singole molecole proteiche si dispiegano più facilmente quando si connettono e si assemblano in una rete. Ciò ha portato a una rete con regioni di proteine ​​ripiegate collegate da regioni contenenti la proteina non ripiegata con conseguente proprietà meccaniche molto diverse per il biomateriale.

Professoressa Lorna Dougan, dalla Scuola di Fisica e Astronomia di Leeds, che ha curato la ricerca, ha dichiarato:"Le proteine ​​mostrano proprietà funzionali sorprendenti. Vogliamo capire come possiamo sfruttare questa diversa funzionalità biologica nei materiali che utilizzano le proteine ​​come elementi costitutivi.

"Ma per farlo dobbiamo capire come cambia su scala nanometrica, a livello delle singole molecole, altera la struttura e il comportamento della proteina a livello macro."

Dottor Matt Hughes, anche dalla Scuola di Fisica e Astronomia e autore principale dell'articolo, ha dichiarato:"Il controllo della capacità del blocco costitutivo della proteina di svolgersi rimuovendo i "punti proteici" ha portato a architetture di rete significativamente diverse con un comportamento meccanico marcatamente diverso e ciò dimostra che lo sviluppo del blocco costitutivo della proteina svolge un ruolo determinante nell'architettura delle reti proteiche e la meccanica successiva".

I ricercatori hanno utilizzato le strutture dell'Astbury Center for Structural Molecular Biology e della School of Physics and Astronomy di Leeds e la struttura ISIS Neutron Muon Source presso il laboratorio STFC Rutherford Appleton nell'Oxfordshire. Utilizzando fasci di neutroni, ha permesso loro di identificare i cambiamenti critici alla struttura della rete proteica quando i nano-punti sono stati rimossi.

In concomitanza con il lavoro sperimentale, Dottor Ben Hanson, un Research Associate presso la School of Physics and Astronomy a Leeds, modellato i cambiamenti strutturali in atto. Scoprì che era specificamente l'atto del dispiegamento delle proteine ​​durante la formazione della rete, questo è stato cruciale nella definizione dell'architettura di rete degli idrogel proteici.

Il professor Dougan ha aggiunto:"La capacità di modificare le proprietà su scala nanometrica dei mattoni delle proteine, da un rigido, stato piegato a uno stato flessibile, stato dispiegato, fornisce un potente percorso per la creazione di biomateriali funzionali con architettura e meccanica controllabili".