Nyt biomateriale kan beskytte mod skadelig stråling

Pakning til det ydre rum? Her er en ting, du ikke vil glemme.

Northwestern University-forskere har syntetiseret en ny form for melanin beriget med selen. Kaldes selenomelanin, dette nye biomateriale viser ekstraordinært løfte som et skjold for menneskeligt væv mod skadelig stråling.

"I betragtning af den øgede interesse for rumfart, og det generelle behov for letvægts, multifunktionelle og strålebeskyttende biomaterialer, vi er blevet begejstrede for melanins potentiale, "sagde nordvestens Nathan Gianneschi, der ledede forskningen. "Det gik op for vores postdoktor Wei Cao, at melanin indeholdende selen ville give bedre beskyttelse end andre former for melanin. Det bragte den spændende mulighed for, at denne endnu uopdagede melanin meget vel kan eksistere i naturen, bruges på denne måde. Så vi sprang opdagelsesdelen over og besluttede at lave den selv."

Forskningen offentliggøres online onsdag d. 8. juli i Journal of the American Chemical Society , forud for offentliggørelsen i juli trykte udgave.

Gianneschi er Jacob og Rosalind Cohn professor i kemi i Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences og associeret direktør for International Institute for Nanotechnology. Cao er avisens første forfatter.

Melanin findes i de fleste organismer i plante- og dyreriget, samt i bakterier og svampe. Selvom det er bedst kendt for pigmentering, melanin giver også værdifuld beskyttelse mod stråling. Fem slags melanin er blevet observeret i naturen, med pheomelanin (pigmentet i rødt hår) vist sig at absorbere røntgenstråler mere effektivt end det mere almindelige eumelanin (sorte og brune pigmenter i mørkt hår).

Uønsket eksponering for stråling forekommer under mange almindelige aktiviteter, fra flyrejser til røntgendiagnostik og klinisk strålebehandling. Det er en endnu større overvejelse i ekstreme tilfælde som en atomreaktorfejl eller menneskelig rumrejse. NASAs skelsættende "Tvillingundersøgelse" viste skader på astronaut Scott Kellys DNA fra hans år i kredsløb. En astronaut på en Mars -mission kunne modtage op til 700 gange mere stråling end på Jorden.

Sammenlignet med vægten og fylden af ​​traditionelle strålebeskyttende materialer som bly, melanin det er lettere og mere fleksibelt i, hvordan det kan bruges. Melaninprøver er i øjeblikket i kredsløb på den internationale rumstation, bliver undersøgt af et andet forskerhold for materialets reaktion på strålingseksponering. Nylige undersøgelser har fokuseret på pheomelanin, som indeholder svovl, som den bedste kandidat til det formål.

Gianneschis team antog, imidlertid, at en ny slags melanin – beriget med selen i stedet for svovl – ville give bedre beskyttelse mod røntgenstråler. Selen er et vigtigt mikronæringsstof, der spiller en vigtig rolle i forebyggelse af kræft, og tidligere forskningsrapporter, at selenforbindelser kan beskytte dyr mod stråling. Disse forbindelser findes i normale humane proteiner, men har ikke været forbundet med melanin i naturen før.

Gianneschis team syntetiserede det nye biomateriale, som de kaldte "selenomelanin, " og brugte det til at behandle levende celler. Til sammenligning, de fremstillede også celler behandlet med syntetisk pheomelanin og eumelanin, samt celler uden beskyttende melanin.

Efter at have modtaget en dosis stråling, der ville være dødelig for et menneske, kun cellerne behandlet med selenomelanin udviste stadig en normal cellecyklus.

"Vores resultater viste, at selenomelanin giver overlegen beskyttelse mod stråling, " sagde Gianneschi. "Vi fandt også ud af, at det var lettere at syntetisere selenomelanin end pheomelanin, og det, vi skabte, var tættere på det melanin, der findes i naturen end syntetisk pheomelanin."

Yderligere test med bakterier viste, at selenomelanin kan biosyntetiseres, hvilket betyder, at levende celler fodret med passende næringsstoffer derefter kan producere selenomelanin på egen hånd - og bevare dets radiobeskyttende egenskaber. Faktisk, selvom forskerne syntetiserede selenomelanin i deres laboratorium, de tror, ​​at det allerede kan være til stede i naturen.

"Med en rigelig kilde til selen i miljøet, nogle organismer kan have været i stand til at tilpasse sig ekstreme omstændigheder såsom stråling gennem de gavnlige virkninger af selenomelanin, " sagde Gianneschi.

"Vores arbejde peger på muligheden for, at melanin kan fungere som et depot for selen, hjælpe med at sikre, at organismer drager fordel af det, "sagde Cao." Selenomelanin kan spille en vigtig rolle i, hvordan selen metaboliseres og distribueres biologisk. Det er et område for yderligere undersøgelse."

Gianneschi og hans team forestiller sig, at dette nye biomateriale kan påføres en persons hud, som en melaninbaseret solcreme. Det kan også bruges som en beskyttende film til at beskytte materialer mod stråling under transport.