Inpakken voor de ruimte? Hier is één ding dat je niet wilt vergeten.

Onderzoekers van de Northwestern University hebben een nieuwe vorm van melanine gesynthetiseerd, verrijkt met selenium. genaamd selenomelanine, dit nieuwe biomateriaal is buitengewoon veelbelovend als schild voor menselijk weefsel tegen schadelijke straling.

"Gezien de toegenomen belangstelling voor ruimtevaart, en de algemene behoefte aan lichtgewicht, multifunctionele en radioprotectieve biomaterialen, we zijn enthousiast geworden over het potentieel van melanine, " zei Nathan Gianneschi van Northwestern, die het onderzoek leidde. "Het kwam bij onze postdoctorale collega Wei Cao op dat melanine dat selenium bevat een betere bescherming zou bieden dan andere vormen van melanine. Dat bracht de intrigerende mogelijkheid naar voren dat deze nog onontdekte melanine heel goed in de natuur zou kunnen voorkomen, op deze manier wordt gebruikt. Dus hebben we het ontdekkingsgedeelte overgeslagen en besloten om het zelf te maken."

Het onderzoek wordt woensdag online gepubliceerd, 8 juli in de Tijdschrift van de American Chemical Society , voorafgaand aan publicatie in de gedrukte editie van juli.

Gianneschi is de Jacob en Rosalind Cohn hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en associate director van het International Institute for Nanotechnology. Cao is de eerste auteur van de krant.

Melanine wordt aangetroffen in de meeste organismen in het planten- en dierenrijk, evenals in bacteriën en schimmels. Hoewel het best bekend voor pigmentatie, melanine biedt ook waardevolle bescherming tegen straling. Er zijn in de natuur vijf soorten melanine waargenomen, met pheomelanine (het pigment in rood haar) waarvan is aangetoond dat het röntgenstralen efficiënter absorbeert dan het meer gebruikelijke eumelanine (zwarte en bruine pigmenten in donker haar).

Ongewenste blootstelling aan straling treedt op tijdens veel voorkomende activiteiten, van vliegreizen tot röntgendiagnostiek en klinische bestralingstherapie. Het is een nog grotere overweging in extreme gevallen, zoals een storing in een kernreactor of menselijke ruimtevaart. NASA's mijlpaal "Twins Study" toonde schade aan het DNA van astronaut Scott Kelly van zijn jaar in een baan om de aarde. Een astronaut op een Mars-missie kan tot 700 keer meer straling ontvangen dan op aarde.

Vergeleken met het gewicht en de bulk van traditionele radioprotectieve materialen zoals lood, melanine het is lichter en flexibeler in hoe het kan worden gebruikt. Melaninemonsters zijn momenteel in een baan om het internationale ruimtestation, wordt bestudeerd door een ander onderzoeksteam voor de reactie van het materiaal op blootstelling aan straling. Recente studies hebben zich gericht op pheomelanine, die zwavel bevat, als de beste kandidaat voor dat doel.

Gianneschi's team veronderstelde, echter, dat een nieuw soort melanine - verrijkt met selenium in plaats van zwavel - een betere bescherming zou bieden tegen röntgenstraling. Selenium is een essentiële micronutriënt die een belangrijke rol speelt bij de preventie van kanker, en eerdere onderzoeksrapporten dat seleniumverbindingen dieren kunnen beschermen tegen straling. Deze verbindingen worden gevonden in normale menselijke eiwitten, maar zijn nog niet eerder in verband gebracht met melanine in de natuur.

Gianneschi's team synthetiseerde het nieuwe biomateriaal, die ze "selenomelanine, " en gebruikte het om levende cellen te behandelen. Ter vergelijking:ze maakten ook cellen die behandeld waren met synthetisch pheomelanine en eumelanine, evenals cellen zonder beschermende melanine.

Na het ontvangen van een dosis straling die dodelijk zou zijn voor een mens, alleen de met selenomelanine behandelde cellen vertoonden nog een normale celcyclus.

"Onze resultaten toonden aan dat selenomelanine superieure bescherming biedt tegen straling, " zei Gianneschi. "We ontdekten ook dat het gemakkelijker was om selenomelanine te synthetiseren dan pheomelanine, en wat we creëerden was dichter dan synthetisch pheomelanine bij de melanine die in de natuur wordt gevonden."

Verdere testen met bacteriën toonden aan dat selenomelanine kan worden gebiosynthetiseerd, wat betekent dat levende cellen die met de juiste voedingsstoffen worden gevoed, vervolgens zelf selenomelanine kunnen produceren en de stralingsbeschermende eigenschappen ervan kunnen behouden. In feite, hoewel de onderzoekers selenomelanine in hun laboratorium synthetiseerden, ze denken dat het al in de natuur aanwezig kan zijn.

"Met een overvloedige bron van selenium in het milieu, sommige organismen hebben zich mogelijk kunnen aanpassen aan extreme omstandigheden zoals straling door de gunstige effecten van selenomelanine, ' zei Gianneschi.

"Ons werk wijst op de mogelijkheid dat melanine kan fungeren als een opslagplaats voor selenium, ervoor te zorgen dat organismen ervan profiteren, " zei Cao. "Selenomelanine kan een belangrijke rol spelen in hoe selenium biologisch wordt gemetaboliseerd en gedistribueerd. Het is een gebied voor verder onderzoek."

Gianneschi en zijn team stellen zich voor dat dit nieuwe biomateriaal op de huid van een persoon kan worden aangebracht, als een op melanine gebaseerd zonnescherm. Het kan ook worden gebruikt als een beschermende film om materialen tijdens het transport tegen straling te beschermen.