Materiał, określany jako peptoid lipidopodobny, może mieć grubość cieńszą od bańki mydlanej, ale być bardziej stabilny, jak podają naukowcy w nowym numerze Nature Communications. Ten nowy materiał może przebywać w różnych, nawet ekstremalnych środowiskach, a także samonaprawiać się po uszkodzeniu.

"Natura jest bardzo mądra. Naukowcy próbują stworzyć biomimetyczne błony, które są wytrzymałe i mają pewne pożądane właściwości błon komórkowych. Wierzymy, że materiały te będą mogły być zastosowane jako filtry do wody, czujniki, systemy do podawania leków, a nawet jako nośniki do dostarczania ogniw paliwowych czy jako inne zastosowanie w energetyce."

Błony komórkowe to niesamowite materiały. Składają się z 2 cienkich powierzchni - cząsteczek tłuszczowych zwanych lipidami, które są co najmniej dziesięć razy cieńsze niż opalizujące bańki mydlane, a jednocześnie pozwalają komórkom wspólnie tworzyć organizmy, tak różnorodne jak bakterie, drzewa i ludzie. Błony komórkowe są bardzo selektywne pod względem tego, co może przejść do wnętrza komórki. Wykorzystują do tego małe, osadzone w błonie białka. Błona komórkowa automatycznie naprawia wgniecenia ich formy i zmienia swoją grubość, by przekazać sygnały ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórki, gdzie zachodzi większość procesów.

Naukowcy chcieliby skorzystać z pewnych właściwości błony, takich jak filtrowanie tego, co przechodzi do wnętrza czy funkcja przekazywania sygnałów. Materiał podobny do tego tworzącego błony komórkowe ma dużą przewagę wobec innych cienkich materiałów, takich jak grafen. Na przykład, naśladując efektywnie właściwości filtracyjne błony komórkowej może służyć do oczyszczania wody, przy czym nie będzie wymagane duże ciśnienie i energia do transportu wody.

Syntetyczne cząsteczki zwane peptoidami zwróciły zainteresowanie naukowców, ponieważ są tanie, uniwersalne i łatwo się dostosowują do otoczenia. Są jak naturalne białka, między innymi dlatego, że osadzają się w błonach komórkowych i mogą być zaprojektowane do przyjmowania bardzo specyficznych form i funkcji. Dlatego badacze postanowili sprawdzić, czy można zaprojektować peptoidy, aby uczynić je bardziej podobnymi do lipidów.

Cząsteczki lipidowe są długie i proste: mają koniec tłuszczowy, który rozpuszcza się w innych tłuszczach i koniec "wodny", która preferuje "kontakty z wodą". Z tego powodu cząsteczki lipidowe układają się końcami tłuszczowymi względem siebie, upchnięte pomiędzy końcami "rozpuszczalnymi w wodzie". Naukowcy nazywają to dwuwarstwą lipidową, która w zasadzie jest płaszczem otaczającym zawartość komórki. Białka lub cząsteczki węglowodanów osadzają się w tym błoniastym płaszczu.

Zespół odkrył, że po umieszczeniu peptoidów podobnych do lipidów w ciekłym roztworze, cząsteczki spontanicznie krystalizują się i formują w powierzchnie, które naukowcy nazywają nanomembranami. Nanomembrany utrzymują swoją strukturę w wodzie lub alkoholu w różnych temperaturach, w roztworach o wysokim i niskim pH, w wysokich stężeniach soli.

Aby lepiej zrozumieć nanomembrany, zespół symulował, jak pojedyncze cząsteczki peptoidu oddziaływały ze sobą za pomocą oprogramowania do dynamiki molekularnej. Okazało się, że symulowane peptoidy tworzyły błonę przypominającą podwójną warstwę lipidową.

Aby sprawdzić, czy syntetyczne błony będą miały możliwości sygnalizacyjne błon komórkowych, badacze dodali odrobinę soli chlorku sodu. Sól jest angażowana w ostatnim etapie w wielu sekwencjach sygnałowych i powoduje gęstnienie błon komórkowych i peptoidów. Im więcej dodano soli, tym grubsze stawały się nanomembrany, osiągając około 125% swojej pierwotnej grubości (w zakresie testowanych stężeń soli). Prawdziwe błony posiadają również białka, które mają specyficzne funkcje, takie jak przepuszczalność jedynie dla wody. Badacze testowali tę zdolność peptoidów poprzez wprowadzenie wielu łańcuchów bocznych. Łańcuchy boczne są zasadniczo małymi cząsteczkami o różnych kształtach, wielkości i naturze chemicznej, które przymocowane są do dłuższych peptoidów lipidopodobnych. Przetestowali 10 różnych wzorów i w każdym przypadku peptoidy mocowane do nanomembran o strukturze rdzeniowej pozostały nienaruszone.

Następnie zespół przetestował nanomembrany w celu sprawdzenia, czy są samonaprawialne. Jest to bardzo użyteczna funkcja błon, które mogą ulec uszkodzeniu. Po nacięciu szczeliny w błonie dodawano więcej peptoidów lipidopodobnych. Oglądane pod mikroskopem, w ciągu kilku godzin rysy wypełniały się dzięki większej ilości peptoidu, a nanomembrany stały się ponownie kompletne.

Następnym krokiem będzie budowa błon biomimetycznych przez wprowadzenie naturalnych białek błonowych lub innych wodnych kanałów syntetycznych, na przykład kanałów z węgla. Zespół szuka również sposobów, aby wykorzystać peptoidy błonowe do przewodzenia energii.

Więcej: news-medical.net