Wkrótce mogą pojawić się elastyczne wypełniacze twarzy inspirowane skaczącymi owadami
Rezylina jest naturalnym białkiem przypominającym gumę, o wyjątkowej elastyczności, umożliwiającym owadom skakanie i latanie. Zazwyczaj jest nieuporządkowana, ale w odpowiedzi na naprężanie staje się uporządkowana i elastyczna. Ostatnio naukowcy odkryli, że mogą odtworzyć to zachowanie przy użyciu niewielkiej części oryginalnego peptydu. Finansowany ze środków UE projekt MINIRES umożliwił im utorowanie drogi do tańszej produkcji innowacyjnych bioelastomerów na dużą skalę na potrzeby sektorów tworzyw sztucznych, biomedycyny i higieny osobistej.
Sekret gumowej sprężystości owadów tkwi w kilku aminokwasach
Fluor, chlor, brom i jod należą do fluorowców. Halogenowanie, czyli zastąpienie wodoru fluorowcem, to bardzo ważna reakcja w chemii organicznej. W ciągu ostatniej dekady coraz większą uwagę zwracano na jej rolę w produkcji biożeli. Koordynator projektu, Pierangelo Metrangolo z Politechniki Mediolańskiej, wyjaśnia: „Skupiliśmy się na powtarzającym się w rezylinie module złożonym z siedmiu aminokwasów, o niewielkiej zmienności. Poprzez celowane halogenowanie tego modułu dwoma atomami bromu, wykazaliśmy wystąpienie właściwości lepkosprężystych, które przypomina zachowanie pełnego białka i nie jest cechą naturalnie występującego peptydu”. Halogenowanie sprawiło, że struktura peptydu stała się bardziej uporządkowana, co następnie pozwoliło mu na tworzenie się fibryli, w wyniku czego powstał gęsty hydrożel. Heptapeptydowy żel wykazywał właściwości lepkosprężyste i samonaprawcze, podobne do właściwości pełnego białka rezyliny.
Zmniejszenie kosztów i złożoności produkcji
Metrangolo kontynuuje: „Elastomery obecnie dostępne na rynku są dużymi, złożonymi polimerami, których elastyczność zależy od wiązań kowalencyjnych pomiędzy podjednostkami, zwykle wprowadzanymi w wyniku reakcji chemicznych lub wywołanych światłem. W naszym bardzo krótkim peptydzie polegamy na fizycznych wiązaniach krzyżowych stworzonych z wykorzystaniem atomów fluorowca jako miejsc »lepkich«. Produkcja tej prostej struktury molekularnej jest łatwa i niedroga”. Naukowcy zwiększyli syntezę peptydu ze skali laboratoryjnej do skali 10-gramowej, przy przewidywanym koszcie 100-krotnie niższym niż w przypadku produkcji pełnego białka.
Ogromne możliwości
Projekt MINIRES zaowocował patentem na tę technologię. Naukowcy określili trzy ważne możliwości rynkowe: wypełniacze do iniekcji twarzy i produkty do pielęgnacji włosów, elastomery termoplastyczne oraz biomedycyna. Oczekuje się, że do 2022 roku segment organicznych produktów higieny osobistej i kosmetyków będzie wart 19,8 miliardów dolarów, z czego ponad 30 % stanowić będą produkty do pielęgnacji skóry, a następnie włosów. Nieoczekiwane odkrycie, że bromowany peptyd zapobiega uszkodzeniom powodowanym przez promieniowanie UVA dodatkowo zwiększa jego atrakcyjność w zastosowaniach w kosmetykach do pielęgnacji skóry. Doskonałe właściwości i niski koszt produkcji żeli MINIRES mogą zapewnić grupie pozycję światowego lidera na ogromnym rynku polimerów termoplastycznych. Peptydy MINIRES mogą również znaleźć zastosowanie w urządzeniach medycznych i biopodłożach strukturyzowanych. Projekt MINIRES dobiegł końca, ale innowacje i odkrycia na pewno nie. „W trakcie realizacji projektu odkryliśmy również, że nasz bromowany peptyd może być z powodzeniem łączony z innymi biomakromolekułami”. Przedmiotem przyszłych badań będą nowe materiały hybrydowe o lepszych parametrach i dostosowanych właściwościach”, mówi Metrangolo. Zespół niedawno wygrał konkurs na innowację Switch2Product 2017, w ramach którego zapewniane jest wsparcie w zakresie wprowadzania innowacyjnych pomysłów na rynek. Metrangolo obecnie pracuje nad stworzeniem nowych inspirowanych biologią makrocząsteczek o właściwościach precyzyjnie dopasowanych do docelowych zastosowań.
Słowa kluczowe
MINIRES, peptyd, białko, elastyczny, elastyczność, polimer, rezylina, aminokwas, brom, fluorowce, organiczny, elastomer, termoplastyczny, kosmetyczny, samoorganizacja, biożel, bromowanie
