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Le proteine si distinguono per la loro utilità nell’ingegneria dei tessuti duri

Ossa, denti, gusci e perfino delicate sculture di membrane cellulari dipendono dalla biomineralizzazione, un processo per cui le proteine sfruttano minerali come il calcio. Le ricerche condotte nell’ambito UE hanno studiato questa affascinante materia, la quale potrebbe rivoluzionare la scienza dei materiali.
Le proteine si distinguono per la loro utilità nell’ingegneria dei tessuti duri
Le proteine possono creare tessuti duri e molli, e il settore dei tessuti duri attraversa una fase importante. Le difficoltà nello studiare la struttura delle proteine e la relativa funzione su superfici solide inorganiche sottolinea la scarsa conoscenza circa le relazioni molecolari struttura-funzione che governano la biomineralizzazione.

Il progetto BIOSILICA FORMATION (A multi-spectroscopic investigation of protein structure in biosilica composites) ha studiato le molecole coinvolte nell’aggiunta di silicato alle pareti cellulari delle diatomee. In particolare, il progetto mirava a delucidare i meccanismi di riconoscimento molecolare sfruttati dalle proteine.

Le diatomee sono in grado di sintetizzare strutture di silice nanofasiche nel loro ambiente naturale, ossia a temperatura ambiente e in acqua di mare. Gli scienziati dei materiali devono quindi utilizzare condizioni straordinarie quali temperature e pH estremi.

Il programma di ricerca ha coinvolto il riconoscimento delle proteine per le fasi minerali, l’architettura delle proteine presso i siti di interazione con i minerali e l’attività delle catene laterali degli amminoacidi durante l’orientamento delle proteine alle interfacce con i minerali.

I ricercatori hanno adattato una gamma di spettroscopie normalmente utilizzate nello studio dei biomateriali. Utilizzando metodi quali spettroscopia con somma di frequenze (sum frequency spectroscopy, SFS), risonanza magnetica nucleare a stato solido, microscopia elettronica e simulazioni, è stato studiato il modo in cui i peptidi base esercitano un’influenza sulle strutture di biominerale.

Gli scienziati del progetto BIOSILICA FORMATION hanno usato una serie di peptidi di lisina-leucina, molecole reporter, così come un’unità ripetitiva della proteina relativa alle diatomee silaffina, al fine di studiarne l’interazione con minerali e la precipitazione.

I risultati della ricerca dimostrano alcuni dettagli circa la struttura catena laterale-superficie, durante la biomineralizzazione. Una volta completata con il piegamento interfacciale, è possibile modellare la morfologia risultante della silice in particelle e pellicole sottili, aventi una larghezza misurabile in nanometri.

Lo studio BIOSILICA FORMATION ha scoperto il ruolo svolto dalle proteine nella biomineralizzazione. Questa piattaforma di conoscenza di nuova concezione servirà come modello per la progettazione di biomateriali e dispositivi biomedicali.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Proteine, tessuti duri, biomineralizzazione, BIOSILICA FORMATION, silice