„Fantomele fungice” protejează pielea, țesăturile de toxine, radiații

Fantomele fungice sunt create prin cioplirea materialului biologic din celulele fungice. Credit: Laboratorul Nathan Gianneschi / Universitatea Northwestern

Inspirată de ciupercă, noua formă de melanină sintetică acționează ca un detoxifiant natural.

Ideea de a crea materiale poroase selective a atras atenția chimiștilor de zeci de ani. Acum, noi cercetări din Universitatea Northwestern arată că ciupercile ar fi putut face exact asta de milioane de ani.

Când laboratorul lui Nathan Gianneschi și-a propus să sintetizeze melanină care să imite ceea ce s-a format din anumite ciuperci despre care se știe că trăiesc în medii neobișnuite, ostile, inclusiv nave spațiale, mașini de spălat vase și chiar Cernobâl, inițial nu se așteptau ca materialele să fie foarte poroase – o proprietate care permite materialului să stocheze și să capteze molecule.

Melanina se găsește în toate organismele vii, în pielea noastră și în partea din spate a ochilor și ca pigmenți pentru multe animale și plante. De asemenea, joacă un rol în protejarea speciilor de factorii de stres ai mediului. Linia șerpilor de mare cu capete de broască țestoasă se întunecă, de exemplu, în prezența apei poluate; molii care trăiesc în zone industriale devin negre, deoarece celulele lor absorb toxinele din funingine. Cercetătorii s-au întrebat dacă acest tip de biomaterial ar putea fi mai degrabă un burete, pentru a optimiza aceste proprietăți. Și, pe de altă parte, dacă melaninele asemănătoare unui burete existau deja în natură.

“Funcția melaninei nu este pe deplin cunoscută tot timpul și în toate cazurile”, a spus Gianneschi, autorul studiului. „Este cu siguranță un produs de curățare radical pe pielea umană și protejează împotriva daunelor UV. Acum, prin sinteză, am întâlnit acest material incitant care ar putea exista foarte bine în natură. Ciupercile pot face acest material pentru a adăuga rezistență mecanică celulelor lor, dar este poros, permițând substanțele nutritive peste tot. “

Studiul va fi publicat vineri, 5 martie 2021, la Jurnalul American Chemical Society.

Gianneschi este profesor de chimie la Jacob și Rosaline Cohn la Colegiul de Arte și Științe Weinberg. Cu numiri în departamentele de știința materialelor și ingineria biomedicală de la Școala de Inginerie McCormick, Gianneschi este, de asemenea, director asociat al Institutului Internațional de Nanotehnologie.

Capacitatea de a crea acest material într-un laborator este încurajatoare din mai multe motive. În materialele tipice neporoase, particulele se absorb doar superficial la suprafață. Dar materialele poroase precum alomelanina absorb și rețin toxinele nedorite, permițând în același timp lucruri bune precum aerul, apa și nutrienții. Acest lucru poate permite producătorilor să creeze haine de protecție pentru uniforme.

„Ești întotdeauna încântat să descoperi ceva care este potențial util”, a spus Gianneschi. „Dar există și ideea intrigantă că, descoperind acest lucru, poate există mai multe materiale ca acesta deja în biologie. Nu există multe exemple în care sinteza chimică să ducă la o descoperire biologică. „Cel mai adesea este opusul”.

Naneki McCallum, cercetător absolvent de laborator și prim autor pe hârtie, a observat că, în condițiile potrivite, melanina părea goală sau poate fi făcută să conțină ceea ce arăta goluri prin microscopie electronică. Când echipa a întâlnit materialul sintetic, au început să experimenteze porozitatea și selectivitatea materialelor pentru absorbția moleculelor în acele goluri.

Într-o demonstrație cheie, echipa, care a lucrat cu cercetători de la Laboratorul de Cercetări Marine, a reușit să demonstreze că noua melanină poroasă va acționa ca un strat protector, împiedicând trecerea simulatoarelor de gaze nervoase. Inspirați de acest rezultat, au izolat apoi melanina care apare în mod natural din celulele fungice. Acest lucru a fost realizat prin sculptarea biomaterialului din interior, lăsând o coajă care conține melanină. Ei numesc aceste structuri „fantome de ciuperci” pentru calitatea lor lipsită de sens, goală, precum „Casper”. Materialul, derivat din ciupercă, poate fi, de asemenea, utilizat ca strat de protecție pentru țesături. În mod remarcabil, materialul rămâne aerisit, permițând trecerea apei în timp ce blochează toxinele.

Un alt avantaj al acestui material este simplitatea sa, deoarece este ușor de produs și scalat de precursori moleculari simpli. În viitor, poate fi folosit pentru a face măști de față și scuturi și are potențialul pentru aplicații de zbor spațial pe distanțe lungi. Purtarea materialelor în spațiu va permite astronauților să stocheze toxinele pe care le respiră, protejându-se în același timp de radiațiile dăunătoare, făcând mai puține pierderi și greutate.

Alsoshtë este, de asemenea, un pas către membranele selective, un domeniu de studiu foarte complex, care își propune să ia ingrediente precum apa și să permită trecerea mineralelor sănătoase în timp ce blochează metalele grele precum mercurul.

„Ciupercile pot prospera în locurile în care se luptă alte organisme și au melanină pentru a le ajuta să le facă”, a spus McCallum. “Așadar, ne întrebăm, care sunt proprietățile pe care le putem folosi recreând astfel de materiale în laborator?”

Referință: “Allomelanine: An Internal Microporosity Biopolymer” 5 martie 2021, Jurnalul American Chemical Society.

Studiul a fost susținut de un PERETE prin intermediul Biroului de Cercetare Științifică al Forțelor Aeriene (AFOSR FA9550-18-1-0142) și al Agenției de Reducere a Amenințării Apărării (HDTRA1-19-19-1-1-0010).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.