Dispositivos médicos alimentados por proteínas sintéticas criadas a partir de sequências repetidas de proteínas podem ser possíveis, de acordo com especialistas em ciência de materiais e biotecnologia, que olhou para o material inspirado nas proteínas dos dentes do anel de lula.

"A questão que tínhamos era se poderíamos fazer dispositivos médicos flexíveis e autocuráveis ​​para trabalhar em prótons da mesma forma que os sistemas biológicos, "disse Melik Demirel, Pierce Development Professor e professor de ciências da engenharia e mecânica. "A natureza sabe como transferir prótons, por exemplo, no carregamento de energia biológica conhecida como ATP (trifosfato de adenosina). "

Atualmente, a transferência de prótons é parte integrante das células de combustível, mas essas células usam membranas de transferência de íons, como Nafion, fabricados a partir de polímeros que não são biocompatíveis. A visão do futuro é ter dispositivos médicos implantáveis ​​que possam operar sem baterias, usando condução de prótons, mas para fazer isso, os condutores de prótons devem ser biocompatíveis.

Os polímeros fabricados a partir de proteínas inspiradas nos dentes do anel de lula não são apenas biocompatíveis, eles também são autocuráveis, flexível e extensível. Porque eles são bio-sinteticamente fabricados pela escolha das sequências de DNA, a fabricação dessas proteínas pode ser programada para ter condutividade e flexibilidade variáveis. Contanto que um material contenha 60 por cento - típico dentro do corpo - ou mais água, a condução de prótons pode ocorrer.

Infelizmente, condutores de prótons baseados em proteínas não são tão poderosos ou eficientes quanto os condutores de polímeros, então, os pesquisadores estavam procurando uma maneira de otimizar a condutividade de prótons do material. Eles relatam os resultados de seu trabalho online em Química de Materiais .

Proteínas do dente do anel de lula, feito de aminoácidos, contêm muitas repetições tandem em sua composição molecular. As repetições em tandem geralmente são séries curtas de moléculas dispostas para se repetir um determinado número de vezes. Os pesquisadores criaram proteínas inspiradas em lulas com 4, 7, 11 e 25 repetições. Eles então criaram filmes com esses materiais.

Os pesquisadores descobriram que o aumento do número de repetições em tandem aumentou a condutividade de prótons das proteínas. Eles tentaram diferentes combinações de aminoácidos e descobriram que substituir as sequências de histidina por alanina - outro aminoácido - na proteína diminuiu a condutividade do próton, o que explica por que a seda - uma proteína de repetição em tandem semelhante - não é um bom condutor de prótons.

Olhando para as proteínas inspiradas em dentes de anel de lula sintéticos, os pesquisadores perceberam que geralmente são compostos por uma seção amorfa e uma seção cristalina. Eles descobriram que o alongamento do polímero aumentou a condutividade na direção do alongamento, mas não na direção perpendicular, e esse alongamento realinhou os segmentos cristalinos para conduzir melhor.

Condutores de prótons biológicos existem na natureza, incluindo seda, queratina, colágeno, melanina e albumina de soro bovino; Contudo, o material sintético inspirado em dentes de anel de lula teve um desempenho muito melhor do que qualquer uma das proteínas naturais.

"Nosso objetivo é entender as regras de design dos condutores de prótons biológicos para que possamos criar uma proteína sintética tão boa quanto um condutor de prótons não biocompatível, "disse Demirel." Então, podemos fazer uma autocura, marcapasso flexível deste tipo de dispositivo? Podemos fazer dispositivos bioeletrônicos protônicos? "