Las moléculas orgánicas largas llamadas peptoides se autoensamblan en una película molecular en la superficie de una solución de agua. A medida que esta película se dobla en una nanohoja, segmentos del peptoide se empujan hacia fuera en bucles, que eventualmente decorará la superficie de la nanohoja. Crédito:Berkeley Lab
Inspirándose en el sistema inmunológico humano, Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) han creado un nuevo material que se puede programar para identificar una variedad infinita de moléculas. El nuevo material se asemeja a pequeñas láminas de velcro, cada uno de sólo cien nanómetros de diámetro. Pero en lugar de asegurar tus zapatillas, este Velcro molecular imita la forma en que los anticuerpos naturales reconocen virus y toxinas, y podría conducir a una nueva clase de biosensores.
"Los anticuerpos tienen un diseño arquitectónico realmente eficaz:un andamio estructural que permanece prácticamente igual, ya sea por el veneno de serpiente o el resfriado común, y bucles funcionales infinitamente variables que unen a los invasores extranjeros, "dice Ron Zuckermann, un científico senior en la Fundición Molecular de Berkeley Lab. "Lo hemos imitado aquí, con un andamio bidimensional de nanoláminas cubierto con pequeños bucles funcionales como Velcro ".
Zuckermann, Director de la Instalación de Nanoestructuras Biológicas de la Fundición Molecular, es el autor correspondiente en un artículo que informa estos resultados en ACS Nano , titulado "Nanoshojas de peptoides de anticuerpo mimético para el reconocimiento molecular". Los coautores del artículo son Gloria K. Olivier, Andrew Cho, Babak Sanii, Michael D. Connolly, y Helen Tran.
Los andamios de nanoplacas de Zuckermann se autoensamblan a partir de peptoides:sintéticos, polímeros bioinspirados capaces de plegarse en arquitecturas similares a proteínas. Como cuentas en una cuerda, cada molécula peptoide es una larga cadena de pequeñas unidades moleculares dispuestas en un patrón específico. En un trabajo anterior, Zuckermann mostró cómo ciertos peptoides simples pueden plegarse en nanohojas de unos pocos nanómetros de grosor pero de hasta cien micrómetros de ancho, dimensiones equivalentes a una hoja de plástico de un milímetro de grosor del tamaño de un campo de fútbol.
"La razón por la que se forman las nanohojas es porque hay un código programado directamente en los peptoides, ", dice Zuckermann." En este caso, es un programa bastante rudimentario, pero muestra cómo si traes solo un poco de información de secuencia:¡Boom! Puedes hacer una nanohoja ".
El "Velcro molecular" inspirado en anticuerpos diseñado en Berkeley Lab podría conducir a una nueva clase de biosensores. Los investigadores se basaron en la arquitectura de un anticuerpo natural (izquierda) para diseñar un nuevo material que se asemeja a pequeñas láminas de velcro (derecha). Crédito:Berkeley Lab
Para crear bucles funcionales en las nanohojas, los investigadores insertan segmentos moleculares cortos en polímeros peptoides formadores de nanoláminas. Como los peptoides se entrelazan en sábanas, los segmentos insertados se excluyen del pliegue, empujado en su lugar en bucles sobre la superficie de la nano hoja. Los bucles funcionales se pueden programar para unir selectivamente ciertas enzimas o materiales inorgánicos, lo que hace que el nuevo material sea prometedor para la detección química y la catálisis.
"La ventaja aquí es que podemos fabricar estos materiales con un rendimiento muy alto, "dice Gloria Olivier, investigador postdoctoral y autor principal del artículo. "Estamos tomando prestada esta idea de unir una secuencia particular de monómeros, que la naturaleza utiliza para construir estructuras de proteínas en 3D, y aplicándolo al mundo de los materiales no naturales, para crear un material realmente útil que se pueda ensamblar solo ".
Los investigadores demostraron la flexibilidad de su método mediante la creación de nanohojas con bucles de composición variable, largo, y densidad; hicieron nanohojas que pueden extraer enzimas específicas de una solución, provocando cambios químicos que pueden detectarse con técnicas estándar, y otros que se unen selectivamente al metal dorado, sembrando el crecimiento de nanopartículas y películas de oro.
"Los peptoides pueden soportar condiciones mucho más duras que los péptidos, su contraparte en la naturaleza, ", dice Olivier." Entonces, si desea construir un dispositivo de diagnóstico que pueda llevarse fuera de un laboratorio, o un dispositivo que puede detectar biomarcadores en presencia de una mezcla de proteínas como proteasas, los peptoides son una excelente opción ".
Mirando más allá de las interesantes aplicaciones, Zuckermann señala que este trabajo representa un paso importante hacia la extensión de las reglas del plegamiento de proteínas al mundo de los materiales sintéticos.
Dice Zuckermann, "De eso se trata todo mi programa de investigación aquí:aprender de la riqueza de la información de secuencias químicas que se encuentra en biología para crear nuevos tipos de materiales sintéticos avanzados. Realmente estamos empezando a arañar la superficie".
