Chemici, materiaalwetenschappers en nano-ingenieurs van UC San Diego hebben het ultieme natuurlijke zonnescherm gecreëerd.

In een paper gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society: ACS Centrale Wetenschap , ze rapporteren de ontwikkeling van nanodeeltjes die het gedrag van natuurlijke melanosomen nabootsen, melanine-producerende celstructuren die onze huid beschermen, ogen en andere weefsels tegen de schadelijke effecten van ultraviolette straling.

"In principe, we zijn erin geslaagd een synthetische versie te maken van de nanodeeltjes die onze huid gebruikt om melanine te produceren en op te slaan en hebben in experimenten in huidcellen aangetoond dat ze het gedrag van natuurlijke melanosomen nabootsen, " zei Nathan Gianneschi, een professor in de chemie en biochemie, materiaalwetenschap en techniek en nano-engineering aan UC San Diego, die het team van onderzoekers leidde. De prestatie heeft praktische toepassingen.

"Defecten in de melanineproductie bij mensen kunnen ziekten veroorzaken zoals vitiligo en albinisme die geen effectieve behandelingen hebben, ' voegde Gianneschi eraan toe.

Vitiligo ontwikkelt zich wanneer het immuunsysteem ten onrechte probeert om normale melanocyten uit de huid te verwijderen, effectief stoppen van de productie van melanocyten. Albinisme is te wijten aan genetische defecten die leiden tot ofwel de afwezigheid of een chemisch defect in tyrosinase, een koperbevattend enzym dat betrokken is bij de aanmaak van melanine. Beide ziekten missen effectieve behandelingen en leiden tot een aanzienlijk risico op huidkanker voor patiënten.

"De wijdverbreide prevalentie van deze melanine-gerelateerde ziekten en een toenemende interesse in de prestaties van verschillende polymere materialen die verband houden met melanine, hebben ons ertoe aangezet om te zoeken naar nieuwe synthetische routes voor het bereiden van melanine-achtige materialen, " Gianneschi zei. Melaninedeeltjes worden van nature door dieren in veel verschillende maten en vormen geproduceerd - voor iriserende veren bij vogels of de gepigmenteerde ogen en huid van sommige reptielen. Maar wetenschappers hebben ontdekt dat het extraheren van melanines uit natuurlijke bronnen een moeilijk en potentieel complexer is proces dan ze synthetisch te produceren.

Gianneschi en zijn team ontdekten twee jaar geleden dat synthetische melanine-achtige nanodeeltjes op een nauwkeurig controleerbare manier kunnen worden ontwikkeld om de prestaties van natuurlijke melanines die in vogelveren worden gebruikt, na te bootsen.

"We veronderstelden dat synthetische melanine-achtige nanodeeltjes de natuurlijk voorkomende melanosomen zouden nabootsen en zouden worden opgenomen door keratinocyten, het overheersende celtype in de epidermis, de buitenste laag van de huid, ' zei Gianneschi.

Bij gezonde mensen is melanine wordt afgegeven aan keratinocyten in de huid nadat het als melanosomen uit melanocyten is uitgescheiden. De wetenschappers van UC San Diego bereidden melanine-achtige nanodeeltjes door de spontane oxidatie van dopamine, waardoor biocompatibele, synthetische analogen van natuurlijk voorkomende melanosomen. Toen bestudeerden ze hun update, vervoer, distributie en ultraviolette straling-beschermende mogelijkheden in menselijke keratinocyten in weefselkweek.

De onderzoekers ontdekten dat deze synthetische nanodeeltjes niet alleen normaal werden opgenomen en verdeeld, zoals natuurlijke melanosomen, in de keratinocyten, ze beschermden de huidcellen tegen DNA-schade door ultraviolette straling.

"Gezien de beperkingen bij de behandeling van melanine-defect gerelateerde ziekten en de biocompatibiliteit van deze synthetische melanine-achtige nanodeeltjes in termen van opname en afbraak, deze systemen hebben potentieel als kunstmatige melanosomen voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën, mogelijk een aanvulling op de biologische functies van natuurlijke melanines, ', zeiden de onderzoekers in hun paper.