Longas moléculas orgânicas chamadas peptoides se auto-organizam em um filme molecular na superfície de uma solução aquosa. À medida que este filme é dobrado em uma nanofolha, segmentos do peptóide são empurrados para fora em voltas, que eventualmente decoram a superfície da nanofolha. Crédito:Berkeley Lab
Inspirando-se no sistema imunológico humano, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) criaram um novo material que pode ser programado para identificar uma variedade infinita de moléculas. O novo material se assemelha a minúsculas folhas de velcro, cada um com apenas cem nanômetros de diâmetro. Mas em vez de proteger seus tênis, este Velcro molecular imita a forma como os anticorpos naturais reconhecem vírus e toxinas, e pode levar a uma nova classe de biossensores.
"Os anticorpos têm um projeto arquitetônico realmente eficaz:um andaime estrutural que permanece praticamente o mesmo, seja para veneno de cobra ou resfriado comum, e loops funcionais infinitamente variáveis que ligam invasores estrangeiros, "diz Ron Zuckermann, um cientista sênior da Fundição Molecular do Berkeley Lab. "Nós imitamos isso aqui, com um andaime de nano folha bidimensional coberto com pequenos laços funcionais como velcro. "
Zuckermann, Diretor da Unidade de Nanoestruturas Biológicas da Molecular Foundry, é o autor correspondente em um artigo relatando esses resultados em ACS Nano , intitulado "Antibody-Mimetic Peptoid Nanoheets for Molecular Recognition". Os co-autores do artigo são Gloria K. Olivier, Andrew Cho, Babak Sanii, Michael D. Connolly, e Helen Tran.
Os andaimes de nanofolha de Zuckermann são auto-montados a partir de peptóides - sintéticos, polímeros bioinspirados capazes de se dobrar em arquiteturas semelhantes a proteínas. Como contas em um cordão, cada molécula peptóide é uma longa cadeia de pequenas unidades moleculares organizadas em um padrão específico. Em trabalhos anteriores, Zuckermann mostrou como certos peptóides simples podem se dobrar em nanofolhas de apenas alguns nanômetros de espessura, mas até cem micrômetros de diâmetro - dimensões equivalentes a uma folha de plástico de um milímetro de espessura do tamanho de um campo de futebol.
"A razão pela qual as nanofolhas se formam é porque há um código para elas programado diretamente nos peptóides, "diz Zuckermann." Neste caso, é reconhecidamente um programa bastante rudimentar, mas mostra como se você trouxer apenas algumas informações de sequência:Boom! Você pode fazer uma nanofolha. "
O "velcro molecular" inspirado em anticorpos, desenvolvido no Berkeley Lab, pode levar a uma nova classe de biossensores. Os pesquisadores aproveitaram a arquitetura de um anticorpo natural (à esquerda) para projetar um novo material que se assemelha a minúsculas folhas de velcro (à direita). Crédito:Berkeley Lab
Para criar loops funcionais nas nanofolhas, os pesquisadores inserem segmentos moleculares curtos em polímeros peptóides formadores de nanopartículas. À medida que os peptóides se unem em folhas, os segmentos inseridos são excluídos da dobra, empurrado para fora em loops na superfície da nanofolha. Os loops funcionais podem ser programados para ligar seletivamente certas enzimas ou materiais inorgânicos, o que torna o novo material promissor para detecção química e catálise.
"A vantagem aqui é que podemos fazer esses materiais com um rendimento muito alto, "diz Gloria Olivier, pesquisador de pós-doutorado e autor principal do artigo. "Estamos pegando emprestada a ideia de amarrar uma sequência particular de monômeros, que a Natureza usa para construir estruturas de proteínas em 3D, e aplicá-lo ao mundo dos materiais não naturais, para criar um material realmente útil que pode se montar. "
Os pesquisadores demonstraram a flexibilidade de seu método criando nanofolhas com loops de composição variada, comprimento, e densidade; eles fizeram nanofolhas que podem selecionar enzimas específicas de uma solução, causando alterações químicas que podem ser detectadas com técnicas padrão, e outros que se ligam seletivamente ao metal dourado, semeando o crescimento de nanopartículas e filmes de ouro.
"Os peptoides podem resistir a condições muito mais adversas do que os peptídeos, sua contraparte na natureza, "diz Olivier." Então, se você quiser construir um dispositivo de diagnóstico que pode ser levado para fora de um laboratório, ou um dispositivo que pode rastrear biomarcadores na presença de uma mistura de proteínas como proteases, os peptoides são uma escolha excelente. "
Olhando além dos aplicativos interessantes, Zuckermann destaca que este trabalho representa um passo importante para estender as regras de dobramento de proteínas para o mundo dos materiais sintéticos.
Diz Zuckermann, "É sobre isso que todo o meu programa de pesquisa trata:aprender com a riqueza das informações da sequência química encontrada na biologia para criar novos tipos de materiais sintéticos avançados. Na verdade, estamos apenas começando a arranhar a superfície."
