Os cientistas sabem há muito tempo que a melanina - os pigmentos que dão cor à pele, cabelo e olhos - tem inúmeras qualidades úteis, incluindo o fornecimento de proteção contra radiação UV e radicais livres que causam câncer, mas também condutância eletrônica, adesividade e capacidade de armazenamento de energia.

Para aproveitar essas qualidades, cientistas da City University of New York (CUNY) desenvolveram uma nova abordagem para a produção de materiais que não apenas imitam as propriedades da melanina, mas também fornecem controle sem precedentes sobre a expressão de propriedades específicas do biopolímero, de acordo com um artigo publicado hoje na revista Ciência . A descoberta pode possibilitar o desenvolvimento de produtos cosméticos e biomédicos.

Ao contrário de outros biopolímeros, como DNA e proteínas, onde existe uma ligação direta entre as estruturas ordenadas dos polímeros e suas propriedades, a melanina é inerentemente desordenada, portanto, relacionar diretamente a estrutura com a função não é possível. Como resultado, os pesquisadores não foram capazes de explorar totalmente as propriedades da melanina porque a síntese laboratorial da melanina foi frustrada pela dificuldade de engenharia de sua estrutura molecular desordenada.

"Aproveitamos versões simples de proteínas - tripeptídeos, consistindo em apenas três aminoácidos - para produzir uma variedade de arquiteturas moleculares com níveis precisamente controlados de ordem e desordem, "disse o pesquisador principal Rein V. Ulijn, diretor da Iniciativa de Nanociência do Centro de Pesquisa em Ciência Avançada (ASRC) do Centro de Pós-Graduação, CUNY. "Ficamos surpresos ao ver isso, após a oxidação dessas estruturas peptídicas, pigmentos poliméricos com uma gama de cores - do bege claro ao marrom profundo - foram formados. "

Subseqüente, a caracterização aprofundada da abordagem demonstrou que outras propriedades, tais como absorvância de UV e morfologia em nanoescala dos materiais semelhantes à melanina, também pode ser sistematicamente controlado pela sequência de aminoácidos do tripeptídeo.

"Descobrimos que a chave para obter polímeros com desordem controlada é começar a partir de sistemas que possuem ordem variável incorporada, "disse Ayala Lampel, um pesquisador de pós-doutorado ASRC e o primeiro autor do artigo. "Primeiro, descobrimos como a sequência de aminoácidos de um conjunto de tripeptídeos dá origem a arquiteturas ordenadas de maneira diferente. Próximo, alavancamos essas estruturas ordenadas como modelos para a oxidação catalítica para formar pigmentos peptídicos com uma gama de propriedades. "

As descobertas publicadas em Ciência com base em pesquisas anteriores conduzidas por Ulijn, que também é o Albert Einstein Professor of Chemistry no Hunter College e membro do corpo docente de bioquímica e química do doutorado no Graduate Center. Seu laboratório agora vai voltar sua atenção para esclarecer ainda mais as estruturas químicas que se formam e expandir as funcionalidades e propriedades resultantes dos vários materiais semelhantes à melanina que eles produzem. Os pesquisadores também buscam a comercialização desta nova tecnologia, que inclui possibilidades de curto prazo em cosméticos e biomedicina.

Christopher J. Bettinger, um pesquisador da Carnegie Mellon University que se especializou em aplicações de melanina no armazenamento de energia, colaborou com a equipe ASRC no trabalho atual. Entre os materiais descobertos, ele descobriu que bidimensional, polímeros semelhantes a folhas mostram capacidade significativa de armazenamento de carga. "Expandir os parâmetros de composição desses peptídeos pode aumentar substancialmente a utilidade dos pigmentos resultantes, e esta pesquisa também pode nos ajudar a entender melhor a propriedade estrutural e as funções das melaninas naturais, "Disse Bettinger.