Chun-Long Chen e sua equipe desenvolveram uma maneira de controlar o formato da hélice peptóide. Crédito:Chun-Long Chen | Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico A natureza está repleta de formas moleculares extraordinariamente precisas que se encaixam como uma mão na luva. As proteínas, por exemplo, podem se agrupar em uma ampla variedade de formas bem definidas que lhes conferem sua função.
"Dependendo da sua forma, as proteínas podem encaixar-se com outras proteínas para desempenhar funções ou funcionar mal, aglomerando-se, como observado na doença de Alzheimer", disse o cientista de materiais Chun-Long Chen.
"Compreender como eles se montam e as origens de sua forma específica pode ser significativo para diversas aplicações, como distribuição de medicamentos, diagnóstico e terapêutica."
Em estudos publicados na Nature Communications e Angewandte Chemie , Chen e seus colegas do PNNL investigaram como controlar essas formas criando materiais baseados em peptoides inspirados na natureza.
Ele usa essas sofisticadas moléculas semelhantes a proteínas para projetar substâncias para aplicações energéticas, como a coleta de luz ou a decomposição da lignina lenhosa. Na última década, Chen e sua equipe do Pacific Northwest National Laboratory desenvolveram uma plataforma para a criação de materiais funcionais baseados em peptoides e caracterização de seu comportamento.
"Os peptoides têm potencial para serem usados em uma variedade de aplicações", disse Chen. "Com base em suas formas montadas e outras propriedades, é possível projetar peptóides como agentes de distribuição de medicamentos ou enzimas artificiais." Chun-Long Chen desenvolve novos materiais de inspiração biológica para aplicações em saúde e energia. Crédito:Vídeo de Eddie Pablo | Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico Como uma mão em uma luva
Chen e seus colegas se uniram à Universidade de Washington, à Universidade de Chicago e ao Instituto de Tecnologia da Geórgia para projetar conjuntos de peptoides com formas precisas. Seu experimento envolve direcionar a “lateralidade” da hélice. As hélices podem ser "canhotas" ou "destras", dependendo da direção em que espiralam. Seus resultados foram publicados na Nature Communications .
"A lateralidade é extremamente importante ao projetar moléculas especializadas, como medicamentos", disse Chen. "Compreender e controlar esta lateralidade pode fornecer informações sobre processos como a montagem de proteínas e pode ser valioso para encontrar curas para doenças relacionadas ao enovelamento de proteínas, como a doença de Alzheimer."
Para este experimento, Chen e sua equipe optaram por desenvolver estruturas helicoidais em forma de saca-rolhas devido à sua importância biológica. Na verdade, a maioria das proteínas contém essas estruturas helicoidais básicas.
Os métodos anteriores de síntese peptóide produziriam uma mistura de hélices canhotas e destras. Na natureza, as proteínas precisam ter uma conformação específica para desempenhar suas funções – a maioria sendo canhotas.
"Outros grupos antes de nós foram capazes de sintetizar nanohélices peptóides, mas controlar com precisão suas formas e lateralidade permaneceu um desafio", disse Chen. "Ser capaz de controlar as suas formas não só abriria a porta para a concepção de materiais futuros, mas também forneceria insights sobre os processos biológicos que envolvem estas estruturas."
Usando uma combinação de técnicas experimentais e computacionais, Chen e sua equipe descobriram uma maneira de controlar a lateralidade de uma hélice peptóide. Semelhante às proteínas, os peptóides são criados a partir de blocos de construção semelhantes a aminoácidos.
Cada bloco de construção tem os mesmos átomos de “espinha dorsal” que formam ligações peptóides; no entanto, cada elo individual da cadeia pode variar tremendamente. O grupo de Chen descobriu que poderia controlar o formato da hélice manipulando a sequência das cadeias laterais peptóides.
Adicionando outra dimensão à pesquisa peptóide
Para investigar mais detalhadamente como os peptóides podem se montar, Chen colaborou com colegas da Universidade de Washington, da Universidade de Harvard, da Universidade de Binghamton e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Zhejiang. Expandindo seus estudos bidimensionais anteriores de estruturas peptóides, a equipe conseguiu desenvolver com sucesso uma nanoestrutura helicoidal tridimensional.
Eles observaram que a inclusão de “grupos funcionais” especiais de átomos em suas sequências peptóides permitiu-lhes criar estruturas com funções especiais – semelhantes aos conjuntos de proteínas. Seu trabalho foi publicado em Angewandte Chemie .
“Embora este seja um estudo fundamental, esta pesquisa nos dá insights adicionais sobre como podemos criar materiais melhores e mais precisos – como os encontrados na natureza – para aplicações específicas”, disse Chen. "Os peptoides têm potencial para serem usados em uma variedade de aplicações. Com base em sua estrutura e outras propriedades, é possível projetar peptoides como agentes de distribuição de medicamentos ou sistemas artificiais de coleta de luz."
No futuro, Chen e sua equipe esperam criar uma ampla gama de nanomateriais baseados em peptoides para aplicações. Controlar a forma peptóide, conforme descrito em seus trabalhos de pesquisa, é apenas o primeiro passo.
