Científicos desarrollan un código molecular para materiales similares a la melanina

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la melanina -el pigmento que da color a la piel, el cabello y los ojos-- tiene numerosas cualidades útiles, incluyendo la protección contra la radiación ultravioleta (UV) causante del cáncer y los radicales libres, pero también la conductancia electrónica, la adhesividad y la capacidad de almacenar energía.

Para aprovechar estas cualidades, científicos de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han desarrollado un nuevo enfoque para producir materiales que no sólo imiten las propiedades de la melanina, sino que también proporcionen un control sin precedentes sobre la expresión de propiedades específicas biopolímeros, como señalan en un documento publicado este jueves en la revista 'Science'. El descubrimiento podría permitir el desarrollo de productos cosméticos y biomédicos.

A diferencia de otros biopolímeros, como el ADN y las proteínas, donde existe un vínculo directo entre las estructuras ordenadas de los polímeros y sus propiedades, la melanina está inherentemente desordenada, por lo que no es posible relacionar directamente la estructura con la función. Como resultado, los investigadores han sido incapaces de explotar completamente las propiedades de la melanina porque la síntesis de melanina basada en el laboratorio se ha visto frustrada por la dificultad de diseñar su desordenada estructura molecular.

"Aprovechamos las versiones simples de las proteínas --tripéptidos, que consisten en sólo tres aminoácidos-- para producir una gama de arquitecturas moleculares con niveles precisamente controlados de orden y desorden", afirma el investigador principal Rein V. Ulijn, director de la Iniciativa de Nanociencia del Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC, por sus siglas en inglés) en el Centro de Graduados de CUNY. "Nos sorprendió ver que, tras la oxidación de estas estructuras peptídicas, se formaron pigmentos poliméricos con una gama de colores, de beige claro a marrón profundo", describe.

La caracterización subsiguiente en profundidad del enfoque demostró que otras propiedades, tales como la absorbancia UV y la morfología a nanoescala de los materiales similares a la melanina, también podrían controlarse sistemáticamente por la secuencia de aminoácidos del tripéptido.

DISEÑAN PIGMENTOS PEPTÍDICOS CON DISTINTAS PROPIEDADES

"En primer lugar, descubrimos cómo la secuencia de aminoácidos de un conjunto de tripéptidos da lugar a arquitecturas ordenadas de forma diferente y, a continuación, aprovechamos estas estructuras ordenadas como plantillas para la oxidación catalítica para formar pigmentos peptídicos con una gama de propiedades", dice el primer autor del documento, Ayala Lampel, investigador postdoctoral en ASRC.

Los hallazgos se basan en investigaciones previas realizadas por Ulijn, quien también es profesor de Química en el Hunter College y miembro de la Facultad de Bioquímica y Química del 'Graduate Center'. Su laboratorio dedicará ahora su atención a aclarar las estructuras químicas que forman y expanden las funcionalidades y propiedades resultantes de los diversos materiales similares a la melanina que producen. Los investigadores también están buscando la comercialización de esta nueva tecnología, que incluye posibilidades a corto plazo en cosmética y biomedicina.

Christopher J. Bettinger, investigador de la 'Carnegie Mellon University' especializado en aplicaciones de melanina en el almacenamiento de energía, colaboró con el equipo de ASRC en el trabajo actual. Entre los materiales descubiertos, encontró que los polímeros en forma de hoja bidimensionales muestran una capacidad significativa de almacenamiento de carga.

"La expansión de los parámetros de composición de estos péptidos podría aumentar sustancialmente la utilidad de los pigmentos resultantes y esta investigación también puede ayudarnos a comprender mejor la propiedad estructural y las funciones de melaninas naturales", concluye Bettinger.