Красота в пробирке: соединяя живую и неживую природу

09_26.jpg 09_25.jpg

В состав современных косметических средств и медицинских имплантов входит множество неорганических веществ. Исследования учёных Южно-Уральского государственного университета направлены на то, чтобы понять, как биологические молекулы человеческого организма будут взаимодействовать с новыми чужеродными неорганическими молекулами и внедрениями. Исследование команды нанотехнологов ЮУрГУ, опубликованное в высокорейтинговом научном журнале Langmuir (Q1) может быть полезно для мировой медицины, косметологии, трансплантологии.

Загадка биомолекул

Человеческий организм – это наглядный пример взаимодействия органики и неорганики. Протеин (органическое вещество), выделяемый в организме человека, способен формировать минерал – фосфат кальция из которого состоят все кости и зубы человека (природная неорганическая часть организма). Однако сам механизм формирования неорганических частей пока не раскрыт. Учёные научно-образовательного центра «Нанотехнологии» ЮУрГУ поставили перед собой задачу повторить процессы роста неорганических частей живого организма в лабораторных условиях на примере биоминерализующих протеинов.

Это поможет мировой науке и медицине понять, как взаимодействуют органические вещества с неорганическими, а значит послужит будущим научным прорывам в медицине, косметологии и трансплантологии. Отметим, что ранее использовались преимущественно методы теоретического моделирования, а лабораторные испытания практически никто не проводил.

«Работа была начата в 2014 году в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Первой задачей, которую мы перед собой поставили было понимание того, как происходит взаимодействия больших молекул – белков, с этой минеральной фазой. Прежде чем присоединиться к микрокристаллику минерала, белок должен с ним войти в плотный контакт – условно – взять за ручку, прежде чем встроить в большую констную структуру. В январе 2019 года вышла наша статья, которая посвящена тому, как простейшим образом происходит взаимодействие биомолекул протеина с минеральными частями – неорганическими кристаллами», — рассказывает Олег Большаков, руководитель проекта, научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии»

Основная проблема состояла в том, что минерализующие белки в чистом виде было выделить довольно сложно.

«Белками мы не располагали, т.к. они недоступны. Поэтому мы приняли решение исследовать взаимодействие не с самим белком, а с его составной частью (аминокислотами). Зная, как последовательность аминокислот будет взаимодействовать с белком можно сформулировать гипотезу о том, как сложное сочетание аминокислот будет взаимодействовать с неорганическими микрокристалликами. Именно взаимодействию аминокислот и была посвящена наша статья».

Для проведения комплекса работ по биоминерализации был выбран экологически чистый синтез неорганического вещества, а именно наночастиц диоксида титана, так как это одно из основных направлений исследований НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ.

«Выводы наших практических измерений во многом дополняют, то что раньше было изложено из теоретических воззрений. Например, подтверждено ранее высказанное предположение, что так называемые, отрицательно заряженные кислоты (или кислотные аминокислоты) гораздо слабее взаимодействуют с наночастицами, чем основные аминокислоты. Наша команда смогла впервые конкретно показать насколько», — поясняет Олег Игоревич.

Учёные ЮУрГУ задействовали в своём исследовании весь парк научно-образовательного центра «Нанотехнологии», начиная от синтетической лаборатории, где были сформированы наночастицы высочайшей кристалличности благодаря аспиранту Роману Морозову. Эти наночастицы были охарактеризованы на всех типах микроскопии: просвечивающей и сканирующей электронными микроскопиями, инфракрасная спектроскопией, ультрафиолетовой спектроскопией.

Компьютерный анализ результатов

Значительная часть исследования была посвящена теоретическому моделированию результатов. Руководитель лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ Владимир Потемкин является общепризнанным специалистом в этой области, разработчиком собственного метода теоретического моделирования. Его расчёты показали, что именно аминогруппа обеспечивает сцепление биологических молекул с наночастицами, т.е. с неорганическими микрокристалликами.

Исследования учёных Южно-Уральского государственного университета имеют важное значение. Так, например, большое количество пигментов косметических средств и медицинских имплантов использует оксид титана. Полученный учёными теоретический и практический задел позволяет понять, как биологические молекулы будут взаимодействовать с такими чужеродными внедрениями, и определить какое из взаимодействий даст лучшее сродство. Комплекс работ по биоминерализации планируется продолжать.

Ольга Романовская

Фото: Виктория Матвейчук

Источник: http://chelyabinsk.bezformata.com/listnews/probirke-uchenie-yuurgu-soedinyayut/73311226/

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
0    0