Los cosméticos e implantes médicos modernos contienen muchas sustancias inorgánicas. Los estudios realizados por investigadores de la Universidad Estatal de los Urales del Sur tienen como objetivo comprender cómo las moléculas biológicas del cuerpo humano interactuarán con nuevas, extranjero, moléculas inorgánicas e implantes. Un estudio del equipo de nanotecnólogos de SUSU publicado en Langmuir podría hacer avanzar la medicina internacional, cosmetología y transplantología.

El misterio de las biomoléculas

El cuerpo humano es un ejemplo obvio de la interacción entre lo orgánico y lo inorgánico. La proteína generada en el cuerpo humano es capaz de formar un mineral, Fosfato de calcio, a partir del cual se forman todos los huesos y dientes, un natural, parte inorgánica del cuerpo. Sin embargo, aún no se ha descubierto el mecanismo de formación de partes inorgánicas. Los científicos del Centro de Investigación y Educación en Nanotecnología de SUSU se han propuesto como objetivo repetir los procesos de crecimiento de las partes inorgánicas del cuerpo humano en condiciones de laboratorio utilizando proteínas biominerales.

Esto ayudará a los científicos e investigadores médicos de todo el mundo a comprender cómo interactúan la materia orgánica y la inorgánica. que podría respaldar futuros avances científicos en medicina, cosmetología y transplantología. "La primera tarea que nos propusimos fue comprender cómo las grandes moléculas (proteínas) interactúan con esta fase mineral. Antes de combinar con el mineral microcristalino, las proteínas deben entrar en estrecho contacto con el mineral, y metafóricamente hablando, tomar su mano antes de integrarse en una gran estructura ósea. En enero de 2019 se publicó nuestro artículo, que se dedicó a cómo las interacciones entre las biomoléculas de proteínas y partes minerales (cristales inorgánicos) ocurren de una manera simple, "dice Oleg Bolshakov, jefe del proyecto e investigador del REC de Nanotecnología.

El problema principal era que era difícil aislar las proteínas mineralizantes en su forma pura.

"No localizamos proteínas, porque no están disponibles. Así que decidimos estudiar las interacciones no con la proteína en sí, pero con su constituyente (aminoácidos). Saber cómo interactuará una secuencia de aminoácidos con una proteína, podemos formular una hipótesis sobre cómo interactuará una combinación compleja de aminoácidos con los microcristales inorgánicos. Nuestro artículo se dedicó a la interacción con los aminoácidos ".

Estudios sobre aminoácidos en el laboratorio

Para completar una serie de estudios sobre biomineralización, los investigadores eligieron una síntesis ecológicamente limpia de materia inorgánica, específicamente, nanopartículas de dióxido de titanio, ya que este es uno de los principales campos de investigación del SUSU Nanotechnology REC.

"De muchas maneras, las conclusiones de nuestras mediciones complementan lo expresado previamente en nuestras opiniones teóricas. Por ejemplo, Confirmamos una conjetura previamente establecida de que los llamados ácidos cargados negativamente (o aminoácidos ácidos) interactúan mucho más débilmente con las nanopartículas que los aminoácidos básicos. Nuestro equipo fue el primero en mostrar exactamente qué tan débilmente interactúan, "explica Oleg Bolshakov.

Investigadores de SUSU involucraron a todas las instalaciones de Nanotecnología REC en sus estudios, partiendo del laboratorio sintético, donde formaron las nanopartículas de mayor cristalinidad gracias al estudiante de posgrado Roman Morozov. Estas nanopartículas se caracterizaron utilizando todo tipo de microscopía:microscopía electrónica de transmisión y barrido, espectroscopia infrarroja, y espectroscopia ultravioleta.

Análisis informático de los resultados

Una parte importante de la investigación se dedicó al modelado teórico de los resultados. Vladimir Potemkin, Jefe del Laboratorio de Diseño de Fármacos Asistido por Computadora SUSU, es un reconocido especialista en este campo y ha desarrollado su propio método de modelado teórico. Sus cálculos mostraron que es el grupo amino en particular el que proporciona la adhesión de moléculas biológicas a nanopartículas, es decir, con microcristales inorgánicos.

Los estudios de los investigadores de la Universidad Estatal de los Urales del Sur son bastante importantes. Por ejemplo, una gran cantidad de pigmentos en productos cosméticos e implantes médicos utilizan óxido de titanio. El trabajo de base teórico y práctico establecido por los investigadores permitirá comprender cómo las moléculas biológicas interactuarán con estas introducciones extrañas y determinará qué interacción proporcionará la mejor afinidad. Los investigadores planean continuar con su serie de estudios sobre biomineralización.