Les scientifiques savent depuis longtemps que la mélanine, les pigments qui colorent la peau, cheveux et yeux-a de nombreuses qualités utiles, y compris la protection contre les rayons UV cancérigènes et les radicaux libres, mais aussi la conductance électronique, l'adhésivité et la capacité de stocker de l'énergie.

Pour profiter de ces qualités, des scientifiques de la City University of New York (CUNY) ont développé une nouvelle approche pour produire des matériaux qui non seulement imitent les propriétés de la mélanine, mais également fournir un contrôle sans précédent sur l'expression des propriétés spécifiques du biopolymère, selon un article publié aujourd'hui dans la revue Science . La découverte pourrait permettre le développement de produits cosmétiques et biomédicaux.

Contrairement à d'autres biopolymères, comme l'ADN et les protéines, lorsqu'il existe un lien direct entre les structures ordonnées des polymères et leurs propriétés, la mélanine est intrinsèquement désordonnée, il n'est donc pas possible de relier directement la structure à la fonction. Par conséquent, les chercheurs ont été incapables d'exploiter pleinement les propriétés de la mélanine parce que la synthèse de la mélanine en laboratoire a été contrecarrée par la difficulté de concevoir sa structure moléculaire désordonnée.

« Nous avons profité de versions simples de protéines – les tripeptides, composé de seulement trois acides aminés - pour produire une gamme d'architectures moléculaires avec des niveaux d'ordre et de désordre contrôlés avec précision, " a déclaré le chercheur principal Rein V. Ulijn, directeur de la Nanoscience Initiative au Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center, CUNY. "Nous avons été étonnés de voir cela, lors de l'oxydation de ces structures peptidiques, des pigments polymères avec une gamme de couleurs - du beige clair au brun foncé - ont été formés."

Subséquent, une caractérisation approfondie de l'approche a démontré que d'autres propriétés, tels que l'absorbance UV et la morphologie à l'échelle nanométrique des matériaux de type mélanine, pourrait également être systématiquement contrôlé par la séquence d'acides aminés du tripeptide.

"Nous avons découvert que la clé pour obtenir des polymères avec un désordre contrôlé est de partir de systèmes qui ont un ordre variable intégré, " a déclaré Ayala Lampel, chercheur postdoctoral de l'ASRC et premier auteur de l'article. "D'abord, nous avons compris comment la séquence d'acides aminés d'un ensemble de tripeptides donne lieu à des architectures ordonnées différemment. Prochain, nous avons utilisé ces structures ordonnées comme modèles pour l'oxydation catalytique pour former des pigments peptidiques avec une gamme de propriétés. »

Les conclusions publiées dans Science s'appuyer sur des recherches antérieures menées par Ulijn, qui est également professeur de chimie Albert Einstein au Hunter College et membre de la faculté de doctorat en biochimie et chimie du Graduate Center. Son laboratoire va maintenant se concentrer sur la clarification des structures chimiques qui forment et l'expansion des fonctionnalités et propriétés résultantes des divers matériaux de type mélanine qu'ils produisent. Les chercheurs poursuivent également la commercialisation de cette nouvelle technologie, qui comprend des possibilités à court terme dans les cosmétiques et la biomédecine.

Christopher J. Bettinger, un chercheur de l'Université Carnegie Mellon spécialisé dans les applications de la mélanine dans le stockage d'énergie, collaboré avec l'équipe de l'ASRC sur les travaux en cours. Parmi les matériaux découverts, il a trouvé que bidimensionnel, les polymères en forme de feuille présentent une capacité de stockage de charge importante. "L'élargissement des paramètres de composition de ces peptides pourrait augmenter considérablement l'utilité des pigments résultants, et cette recherche peut également nous aider à mieux comprendre la propriété structurelle et les fonctions des mélanines naturelles, ", a déclaré Bettier.