science >> Wetenschap >  >> Chemie

Onderzoekers combineren levende en levenloze stoffen

Oleg Bolsjakov. Krediet:SUSU

Moderne cosmetica en medische implantaten bevatten veel anorganische stoffen. Studies door onderzoekers van de South Ural State University zijn gericht op het begrijpen hoe biologische moleculen van het menselijk lichaam zullen interageren met nieuwe, buitenlands, anorganische moleculen en implantaten. Een onderzoek door het SUSU-team van nanotechnologen gepubliceerd in: Langmuir zou de internationale geneeskunde vooruit kunnen helpen, cosmetologie en transplantologie.

Het mysterie van biomoleculen

Het menselijk lichaam is een duidelijk voorbeeld van de interactie tussen het organische en het anorganische. Eiwit dat in het menselijk lichaam wordt gegenereerd, kan een mineraal vormen, calciumfosfaat, waaruit alle botten en tanden worden gevormd - een natuurlijk, anorganisch deel van het lichaam. Echter, het mechanisme van de vorming van anorganische delen is nog niet ontdekt. De wetenschappers van het SUSU Nanotechnology Research and Education Center hebben zich tot doel gesteld om de groeiprocessen van de anorganische delen van het menselijk lichaam in laboratoriumomstandigheden te herhalen met behulp van biominerale eiwitten.

Dit zal wetenschappers en medische onderzoekers over de hele wereld helpen begrijpen hoe organische en anorganische materie op elkaar inwerken, die toekomstige wetenschappelijke doorbraken in de geneeskunde zouden kunnen ondersteunen, cosmetologie en transplantologie. "De eerste taak die we onszelf stelden was om te begrijpen hoe grote moleculen (eiwitten) interageren met deze minerale fase. Voordat we ze combineerden met microkristallijn mineraal, eiwitten moeten in nauw contact komen met het mineraal, en figuurlijk gesproken, pak zijn hand alvorens te integreren in een grote botstructuur. In januari 2019 verscheen ons artikel, die was gewijd aan hoe interacties tussen de biomoleculen van eiwitten en minerale delen (anorganische kristallen) op een eenvoudige manier plaatsvinden, " zegt Oleg Bolsjakov, hoofd van het project en onderzoeker van de Nanotechnologie REC.

Oleg Bolsjakov. Krediet:SUSU

Het belangrijkste probleem was dat het moeilijk was om mineraliserende eiwitten in hun pure vorm te isoleren.

"We hebben geen eiwitten gevonden, omdat ze niet beschikbaar zijn. Dus besloten we om de interacties te bestuderen, niet met het eiwit zelf, maar met zijn bestanddeel (aminozuren). Weten hoe een aminozuursequentie zal interageren met een eiwit, we kunnen een hypothese formuleren over hoe een complexe combinatie van aminozuren zal interageren met anorganische microkristallen. Ons artikel was gewijd aan de interactie met aminozuren."

Studies over aminozuren in het laboratorium

Om een ​​aantal studies over biomineralisatie te voltooien, de onderzoekers kozen voor een ecologisch schone synthese van anorganische materie, specifiek, nanodeeltjes van titaandioxide, aangezien dit een van de belangrijkste onderzoeksgebieden is van de SUSU Nanotechnology REC.

"Op veel manieren, de conclusies van onze metingen vormen een aanvulling op wat eerder in onze theoretische meningen is vermeld. Bijvoorbeeld, we bevestigden een eerder gesteld vermoeden dat de zogenaamde negatief geladen zuren (of zure aminozuren) veel zwakker interageren met nanodeeltjes dan basische aminozuren. Ons team was de eerste die precies liet zien hoe zwak ze met elkaar omgaan, " legt Oleg Bolsjakov uit.

Romeins Morozov. Krediet:SUSU

SUSU-onderzoekers hebben alle faciliteiten van Nanotechnology REC betrokken bij hun studies, beginnend bij het synthetisch laboratorium, waar ze dankzij postdoctorale student Roman Morozov de nanodeeltjes met de hoogste kristalliniteit vormden. Deze nanodeeltjes werden gekarakteriseerd met behulp van alle soorten microscopie:transmissie- en scanning-elektronenmicroscopie, infrarood spectrosopie, en ultraviolet spectroscopie.

Computeranalyse van de resultaten

Een aanzienlijk deel van het onderzoek was gewijd aan de theoretische modellering van de resultaten. Vladimir Potemkin, hoofd van het SUSU Computer-Aided Drug Design Laboratory, is een erkend specialist op dit gebied en heeft zijn eigen methode van theoretische modellering ontwikkeld. Uit zijn berekeningen bleek dat het vooral de aminogroep is die zorgt voor de hechting van biologische moleculen aan nanodeeltjes, d.w.z. met anorganische microkristallen.

De studies van onderzoekers van de South Ural State University zijn vrij belangrijk. Bijvoorbeeld, een groot aantal pigmenten in cosmetische producten en medische implantaten gebruiken titaniumoxide. De theoretische en praktische basis die de onderzoekers hebben gelegd, zal het mogelijk maken om te begrijpen hoe biologische moleculen zullen interageren met deze vreemde introducties en te bepalen welke interactie de beste affiniteit zal bieden. De onderzoekers zijn van plan hun reeks studies over biomineralisatie voort te zetten.