Svepelektronmikroskopbild av de syntetiska melaninliknande nanopartiklarna, som skyddade hudceller från DNA-skador. Kredit:Yuran Huang och Ying Jones, UC San Diego
Apotek, materialforskare och nanoingenjörer vid UC San Diego har skapat vad som kan vara det ultimata naturliga solskyddet.
I en artikel publicerad i tidskriften American Chemical Society ACS Central Science , de rapporterar utvecklingen av nanopartiklar som efterliknar beteendet hos naturliga melanosomer, melaninproducerande cellstrukturer som skyddar vår hud, ögon och andra vävnader från de skadliga effekterna av ultraviolett strålning.
"I grund och botten, vi lyckades göra en syntetisk version av de nanopartiklar som vår hud använder för att producera och lagra melanin och visade i experiment i hudceller att de efterliknar beteendet hos naturliga melanosomer, sa Nathan Gianneschi, professor i kemi och biokemi, materialvetenskap och teknik och nanoteknik vid UC San Diego, som ledde teamet av forskare. Prestationen har praktiska tillämpningar.
"Defekter i melaninproduktionen hos människor kan orsaka sjukdomar som vitiligo och albinism som saknar effektiva behandlingar, " tillade Gianneschi.
Vitiligo utvecklas när immunsystemet felaktigt försöker rensa normala melanocyter från huden, effektivt stoppa produktionen av melanocyter. Albinism beror på genetiska defekter som leder till antingen frånvaron eller en kemisk defekt i tyrosinas, ett kopparinnehållande enzym som är involverat i produktionen av melanin. Båda dessa sjukdomar saknar effektiva behandlingar och resulterar i en betydande risk för hudcancer för patienterna.
Forskarna fann att de syntetiska nanopartiklarna togs upp i vävnadskultur av keratinocyter, den dominerande celltypen som finns i epidermis, det yttre hudlagret. Kredit:Yuran Huang och Ying Jones/UC San Diego
"Den utbredda förekomsten av dessa melaninrelaterade sjukdomar och ett ökande intresse för prestanda hos olika polymera material relaterade till melanin fick oss att leta efter nya syntetiska vägar för att framställa melaninliknande material, ", sa Gianneschi. Melaninpartiklar produceras naturligt i många olika storlekar och former av djur - för skimrande fjädrar hos fåglar eller pigmenterade ögon och hud hos vissa reptiler. Men forskare har upptäckt att det är svårt och potentiellt mer komplext att utvinna melaniner från naturliga källor. process än att tillverka dem syntetiskt.
Gianneschi och hans team upptäckte för två år sedan att syntetiska melaninliknande nanopartiklar kunde utvecklas på ett exakt kontrollerbart sätt för att efterlikna prestandan hos naturliga melaniner som används i fågelfjädrar.
"Vi antog att syntetiska melaninliknande nanopartiklar skulle efterlikna naturligt förekommande melanosomer och tas upp av keratinocyter, den dominerande celltypen som finns i epidermis, det yttre lagret av huden, sa Gianneschi.
Hos friska människor, melanin levereras till keratinocyter i huden efter att ha utsöndrats som melanosomer från melanocyter. UC San Diego-forskarna förberedde melaninliknande nanopartiklar genom spontan oxidation av dopamin – utvecklande biokompatibla, syntetiska analoger av naturligt förekommande melanosomer. Sedan studerade de deras uppdatering, transport, distribution och ultraviolett strålningsskyddande förmåga i mänskliga keratinocyter i vävnadskultur.
Forskarna fann att dessa syntetiska nanopartiklar inte bara togs upp och distribuerades normalt, som naturliga melanosomer, inom keratinocyterna, de skyddade hudcellerna från DNA-skador på grund av ultraviolett strålning.
"Med tanke på begränsningar i behandlingen av melanin-defekta relaterade sjukdomar och biokompatibiliteten hos dessa syntetiska melaninliknande nanopartiklar när det gäller upptag och nedbrytning, dessa system har potential som artificiella melanosomer för utveckling av nya terapier, eventuellt komplettera de biologiska funktionerna hos naturliga melaniner, " sa forskarna i sin uppsats.
