Modern kosmetika och medicinska implantat innehåller många oorganiska ämnen. Studier av forskare från South Ural State University syftar till att förstå hur biologiska molekyler i människokroppen kommer att interagera med nya, utländsk, oorganiska molekyler och implantat. En studie av SUSU-teamet av nanoteknologer publicerad i Langmuir kan främja internationell medicin, kosmetologi och transplantologi.

Mysteriet med biomolekyler

Människokroppen är ett uppenbart exempel på samspelet mellan det organiska och oorganiska. Protein som genereras i människokroppen kan bilda ett mineral, kalciumfosfat, av vilken alla ben och tänder bildas - en naturlig, oorganisk del av kroppen. Dock, mekanismen för bildandet av oorganiska delar har ännu inte upptäckts. Forskarna från SUSU Nanotechnology Research and Education Center har satt som mål att upprepa tillväxtprocesserna för de oorganiska delarna av människokroppen under laboratorieförhållanden med hjälp av biominerala proteiner.

Detta kommer att hjälpa forskare och medicinska forskare runt om i världen att förstå hur organiskt och oorganiskt material interagerar, som skulle kunna stödja framtida vetenskapliga genombrott inom medicin, kosmetologi och transplantologi. "Den första uppgiften vi ställde på oss var att förstå hur stora molekyler (proteiner) interagerar med denna mineralfas. Innan vi kombinerar med mikrokristallint mineral, proteiner måste komma i nära kontakt med mineralet, och metaforiskt sett, ta dess hand innan den integreras i en stor benstruktur. I januari 2019 publicerades vår artikel, som var tillägnad hur interaktioner mellan biomolekylerna av protein och mineraldelar (oorganiska kristaller) sker på ett enkelt sätt, säger Oleg Bolshakov, chef för projektet och forskare för Nanotechnology REC.

Huvudfrågan var att det var svårt att isolera mineraliserande proteiner i sin rena form.

"Vi hittade inte proteiner, eftersom de inte är tillgängliga. Så vi bestämde oss för att studera interaktionerna inte med själva proteinet, men med dess beståndsdel (aminosyror). Att veta hur en aminosyrasekvens kommer att interagera med ett protein, vi kan formulera en hypotes om hur en komplex kombination av aminosyror kommer att interagera med oorganiska mikrokristaller. Vår artikel ägnades åt interaktionen med aminosyror."

Studier av aminosyror i laboratoriet

För att slutföra ett antal studier om biomineralisering, forskarna valde en ekologiskt ren syntes av oorganiskt material, specifikt, nanopartiklar av titandioxid, eftersom detta är ett av huvudområdena för forskning vid SUSU Nanotechnology REC.

"På många sätt, slutsatserna från våra mätningar kompletterar det som tidigare angetts i våra teoretiska yttranden. Till exempel, vi bekräftade en tidigare uttalad gissning att de så kallade negativt laddade syrorna (eller sura aminosyrorna) interagerar mycket svagare med nanopartiklar än vad grundläggande aminosyror gör. Vårt team var det första som visade exakt hur svagt de interagerar, " förklarar Oleg Bolshakov.

SUSU-forskare involverade alla faciliteter i Nanotechnology REC i sina studier, med utgångspunkt från det syntetiska laboratoriet, där de bildade nanopartiklar med högsta kristallinitet tack vare doktorand Roman Morozov. Dessa nanopartiklar karakteriserades med hjälp av alla typer av mikroskopi:transmissions- och svepelektronmikroskopi, Infraröd spektroskopi, och ultraviolett spektroskopi.

Datoranalys av resultaten

En betydande del av forskningen ägnades åt den teoretiska modelleringen av resultaten. Vladimir Potemkin, Chef för SUSU Computer-Aided Drug Design Laboratory, är en erkänd specialist inom detta område och har utvecklat sin egen metod för teoretisk modellering. Hans beräkningar visade att det är särskilt aminogruppen som sörjer för vidhäftningen av biologiska molekyler till nanopartiklar, med oorganiska mikrokristaller.

Studierna från South Ural State Universitys forskare är ganska viktiga. Till exempel, ett stort antal pigment i kosmetiska produkter och medicinska implantat använder titanoxid. Den teoretiska och praktiska grunden som lagts av forskarna kommer att göra det möjligt att förstå hur biologiska molekyler kommer att interagera med dessa främmande introduktioner och avgöra vilken interaktion som ger den bästa affiniteten. Forskarna planerar att fortsätta sin serie studier om biomineralisering.