Packa för yttre rymden? Här är en sak du inte vill glömma.

Forskare från Northwestern University har syntetiserat en ny form av melanin berikat med selen. Kallas selenomelanin, detta nya biomaterial visar extraordinärt löfte som en sköld för mänsklig vävnad mot skadlig strålning.

"Med tanke på det ökade intresset för rymdresor, och det allmänna behovet av lätt, multifunktionella och radioskyddande biomaterial, vi har blivit entusiastiska över potentialen hos melanin, " sa Northwesterns Nathan Gianneschi, som ledde forskningen. "Det gick upp för vår postdoktor Wei Cao att melanin som innehåller selen skulle ge bättre skydd än andra former av melanin. Det tog upp den spännande möjligheten att detta ännu oupptäckta melanin mycket väl kan finnas i naturen, används på detta sätt. Så vi hoppade över upptäcktsdelen och bestämde oss för att göra den själva."

Forskningen kommer att publiceras online på onsdag, 8 juli i Journal of the American Chemical Society , före publicering i juli tryckta upplagan.

Gianneschi är Jacob och Rosalind Cohn professor i kemi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och biträdande chef för International Institute for Nanotechnology. Cao är tidningens första författare.

Melanin finns i de flesta organismer i växt- och djurriket, såväl som i bakterier och svampar. Även om den är mest känd för pigmentering, melanin ger också värdefullt skydd mot strålning. Fem sorters melanin har observerats i naturen, med pheomelanin (pigmentet i rött hår) som har visat sig absorbera röntgenstrålar mer effektivt än det vanligare eumelaninet (svarta och bruna pigment i mörkt hår).

Oönskad exponering för strålning inträffar under många vanliga aktiviteter, från flygresor till röntgendiagnostik och klinisk strålbehandling. Det är en ännu större hänsyn i extrema fall som en kärnreaktorfel eller mänskliga rymdresor. NASA:s landmärke "Twins Study" visade skador på astronaut Scott Kellys DNA från hans år i omloppsbana. En astronaut på ett Mars-uppdrag kan ta emot upp till 700 gånger mer strålning än på jorden.

Jämfört med vikten och volymen av traditionella strålskyddsmaterial som bly, melanin är det lättare och mer flexibelt i hur det kan användas. Melaninprover är för närvarande i omloppsbana vid den internationella rymdstationen, studeras av en annan forskargrupp för materialets reaktion på strålningsexponering. Nyligen genomförda studier har fokuserat på pheomelanin, som innehåller svavel, som den bästa kandidaten för detta ändamål.

Gianneschis team antog, dock, att en ny sorts melanin – berikad med selen istället för svavel – skulle ge bättre skydd mot röntgenstrålar. Selen är ett viktigt mikronäringsämne som spelar en viktig roll i förebyggande av cancer, och tidigare forskning rapporterar att selenföreningar kan skydda djur mot strålning. Dessa föreningar finns i normala mänskliga proteiner, men har inte förknippats med melanin i naturen tidigare.

Gianneschis team syntetiserade det nya biomaterialet, som de kallade "selenomelanin, " och använde den för att behandla levande celler. Som jämförelse, de beredde också celler behandlade med syntetiskt feomelanin och eumelanin, samt celler utan skyddande melanin.

Efter att ha fått en dos strålning som skulle vara dödlig för en människa, endast de celler som behandlats med selenomelanin uppvisade fortfarande en normal cellcykel.

"Våra resultat visade att selenomelanin erbjuder överlägset skydd mot strålning, ", sa Gianneschi. "Vi fann också att det var lättare att syntetisera selenomelanin än pheomelanin, och det vi skapade var närmare än syntetiskt feomelanin det melanin som finns i naturen."

Ytterligare tester med bakterier visade att selenomelanin kan biosyntetiseras, vilket betyder att levande celler som matas med lämpliga näringsämnen sedan kan producera selenomelanin på egen hand - och behålla sina radioskyddande egenskaper. Faktiskt, även om forskarna syntetiserade selenomelanin i sitt labb, de tror att det redan kan finnas i naturen.

"Med en riklig källa av selen i miljön, vissa organismer kan ha kunnat anpassa sig till extrema omständigheter såsom strålning genom de gynnsamma effekterna av selenomelanin, " sa Gianneschi.

"Vårt arbete pekar på möjligheten att melanin kan fungera som ett förvar för selen, hjälpa till att säkerställa att organismer drar nytta av det, ", sade Cao. "Selenomelanin kan spela en viktig roll i hur selen metaboliseras och distribueras biologiskt. Det är ett område för vidare utredning."

Gianneschi och hans team föreställer sig att detta nya biomaterial kan appliceras på en persons hud, som en melaninbaserad solkräm. Den kan också användas som en skyddsfilm för att skydda material från strålning under transport.