Forskere kombinerer levende og livløse stoffer

Moderne kosmetik og medicinske implantater indeholder mange uorganiske stoffer. Undersøgelser fra forskere fra South Ural State University har til formål at forstå, hvordan biologiske molekyler i menneskekroppen vil interagere med nye, udenlandsk, uorganiske molekyler og implantater. En undersøgelse foretaget af SUSU -teamet af nanoteknologer offentliggjort i Langmuir kunne fremme international medicin, kosmetologi og transplantation.

Biomolekylers mysterium

Menneskekroppen er et oplagt eksempel på samspillet mellem det organiske og uorganiske. Protein genereret i menneskekroppen er i stand til at danne et mineral, calciumphosphat, hvorfra alle knogler og tænder er dannet - en naturlig, uorganisk del af kroppen. Imidlertid, mekanismen for dannelse af uorganiske dele er endnu ikke opdaget. Forskerne fra SUSU Nanoteknologi Forsknings- og Uddannelsescenter har sat et mål om at gentage processerne for vækst af de uorganiske dele af menneskekroppen under laboratorieforhold ved hjælp af biominerale proteiner.

Dette vil hjælpe forskere og medicinske forskere rundt om i verden til at forstå, hvordan organisk og uorganisk stof interagerer, som kunne understøtte fremtidige videnskabelige gennembrud inden for medicin, kosmetologi og transplantation. "Den første opgave, vi satte for os selv, var at forstå, hvordan store molekyler (proteiner) interagerer med denne mineralfase. Inden vi kombinerer med mikrokrystallinsk mineral, proteiner skal komme i tæt kontakt med mineralet, og metaforisk set, tage hånden, før den integreres i en stor knoglestruktur. I januar 2019 blev vores artikel offentliggjort, som var dedikeret til hvordan interaktioner mellem biomolekylerne af protein og mineraldele (uorganiske krystaller) forekommer på en enkel måde, "siger Oleg Bolshakov, projektleder og forsker for Nanoteknologi REC.

Hovedproblemet var, at det var svært at isolere mineraliserende proteiner i deres rene form.

"Vi fandt ikke proteiner, fordi de ikke er tilgængelige. Så vi besluttede at studere interaktionerne ikke med selve proteinet, men med dets bestanddel (aminosyrer). Ved, hvordan en aminosyresekvens vil interagere med et protein, vi kan formulere en hypotese om, hvordan en kompleks kombination af aminosyrer vil interagere med uorganiske mikrokrystaller. Vores artikel var dedikeret til interaktionen med aminosyrer. "

Undersøgelser af aminosyrer i laboratoriet

For at gennemføre en række undersøgelser om biomineralisering, forskerne valgte en økologisk ren syntese af uorganisk stof, specifikt, nanopartikler af titandioxid, da dette er et af hovedforskningsområderne ved SUSU Nanotechnology REC.

"På mange måder, konklusionerne fra vores målinger supplerer det, der tidligere blev anført i vores teoretiske udtalelser. For eksempel, vi bekræftede en tidligere udtalt formodning om, at de såkaldte negativt ladede syrer (eller sure aminosyrer) interagerer meget svagere med nanopartikler, end basiske aminosyrer gør. Vores team var det første, der viste præcist, hvor svagt de interagerer, "forklarer Oleg Bolshakov.

SUSU -forskere involverede alle faciliteterne i Nanotechnology REC i deres undersøgelser, fra det syntetiske laboratorium, hvor de dannede nanopartikler af den højeste krystallinitet takket være kandidatstuderende Roman Morozov. Disse nanopartikler blev karakteriseret ved anvendelse af alle typer mikroskopi:transmissions- og scanningselektronmikroskopi, infrarød spektroskopi, og ultraviolet spektroskopi.

Computeranalyse af resultaterne

En væsentlig del af forskningen var dedikeret til den teoretiske modellering af resultaterne. Vladimir Potemkin, Leder af SUSU Computer-Aided Drug Design Laboratory, er en anerkendt specialist på dette område og har udviklet sin egen metode til teoretisk modellering. Hans beregninger viste, at det især er aminogruppen, der sørger for vedhæftning af biologiske molekyler til nanopartikler, dvs. med uorganiske mikrokrystaller.

Undersøgelserne fra South Ural State University -forskere er ret vigtige. For eksempel, et stort antal pigmenter i kosmetiske produkter og medicinske implantater bruger titaniumoxid. Det teoretiske og praktiske grundlag, som forskerne har lagt, vil gøre det muligt at forstå, hvordan biologiske molekyler vil interagere med disse fremmede introduktioner og bestemme, hvilken interaktion, der giver den bedste affinitet. Forskerne planlægger at fortsætte deres serie af undersøgelser om biomineralisering.