Os cosméticos modernos e os implantes médicos contêm muitas substâncias inorgânicas. Os estudos realizados por pesquisadores da South Ural State University visam compreender como as moléculas biológicas do corpo humano irão interagir com novos, esqueceram, moléculas inorgânicas e implantes. Um estudo da equipe de nanotecnologistas do SUSU publicado em Langmuir poderia avançar a medicina internacional, cosmetologia e transplantologia.

O mistério das biomoléculas

O corpo humano é um exemplo óbvio da interação entre o orgânico e o inorgânico. A proteína gerada no corpo humano é capaz de formar um mineral, fosfato de cálcio, a partir do qual todos os ossos e dentes são formados - um natural, parte inorgânica do corpo. Contudo, o mecanismo de formação de partes inorgânicas ainda não foi descoberto. Os cientistas do Centro de Pesquisa e Educação em Nanotecnologia do SUSU têm como meta repetir os processos de crescimento das partes inorgânicas do corpo humano em condições de laboratório usando proteínas biominerais.

Isso ajudará cientistas e pesquisadores médicos em todo o mundo a entender como a matéria orgânica e inorgânica interagem, que poderia apoiar descobertas científicas futuras na medicina, cosmetologia e transplantologia. "A primeira tarefa que nos propusemos foi entender como grandes moléculas (proteínas) interagem com essa fase mineral. Antes de combinar com o mineral microcristalino, as proteínas devem entrar em contato próximo com o mineral, e metaforicamente falando, pegue sua mão antes de se integrar em uma grande estrutura óssea. Em janeiro de 2019, nosso artigo foi publicado, que foi dedicado a como as interações entre as biomoléculas de proteínas e partes minerais (cristais inorgânicos) ocorrem de forma simples, "diz Oleg Bolshakov, chefe do projeto e pesquisador do REC de Nanotecnologia.

O principal problema era que era difícil isolar proteínas mineralizantes em sua forma pura.

"Não localizamos proteínas, porque eles não estão disponíveis. Então decidimos estudar as interações não com a proteína em si, mas com seu constituinte (aminoácidos). Saber como uma sequência de aminoácidos irá interagir com uma proteína, podemos formular uma hipótese sobre como uma combinação complexa de aminoácidos irá interagir com os microcristais inorgânicos. Nosso artigo foi dedicado à interação com aminoácidos. "

Estudos de Aminoácidos em Laboratório

Para completar uma série de estudos sobre biomineralização, os pesquisadores escolheram uma síntese ecologicamente limpa de matéria inorgânica, especificamente, nanopartículas de dióxido de titânio, por ser este um dos principais campos de pesquisa do REC de Nanotecnologia do SUSU.

"De muitas maneiras, as conclusões de nossas medições complementam o que foi afirmado anteriormente em nossas opiniões teóricas. Por exemplo, confirmamos uma conjectura previamente declarada de que os chamados ácidos carregados negativamente (ou aminoácidos ácidos) interagem muito mais fracamente com as nanopartículas do que os aminoácidos básicos. Nossa equipe foi a primeira a mostrar exatamente o quão fracamente eles interagem, "explica Oleg Bolshakov.

Pesquisadores do SUSU envolveram todas as instalações do REC de Nanotecnologia em seus estudos, partindo do laboratório sintético, onde formaram as nanopartículas de maior cristalinidade graças ao estudante de pós-graduação Roman Morozov. Essas nanopartículas foram caracterizadas usando todos os tipos de microscopia:microscopia eletrônica de transmissão e varredura, espectroscopia infravermelha, e espectroscopia ultravioleta.

Análise computadorizada dos resultados

Parte significativa da pesquisa foi dedicada à modelagem teórica dos resultados. Vladimir Potemkin, Chefe do Laboratório de Projeto de Medicamentos Assistidos por Computador do SUSU, é um especialista reconhecido neste campo e desenvolveu seu próprio método de modelagem teórica. Seus cálculos mostraram que é o grupo amino em particular que prevê a adesão de moléculas biológicas às nanopartículas, isto é, com microcristais inorgânicos.

Os estudos de pesquisadores da South Ural State University são bastante importantes. Por exemplo, um grande número de pigmentos em produtos cosméticos e implantes médicos usam óxido de titânio. Os fundamentos teóricos e práticos lançados pelos pesquisadores permitirão entender como as moléculas biológicas irão interagir com essas introduções estrangeiras e determinar qual interação proporcionará a melhor afinidade. Os pesquisadores planejam continuar sua série de estudos sobre biomineralização.