Les matériaux à base de titane sont largement utilisés dans la technologie des implants médicaux. Le revêtement de la surface des matériaux en titane avec des molécules biologiquement actives s'est récemment révélé prometteur pour améliorer la façon dont les cellules adhèrent aux implants et favoriser la régénération des tissus. Les mécanismes derrière la façon dont les peptides adhèrent au titane, cependant, ne sont pas entièrement compris.
Des chercheurs de l'Université Deakin en Australie ont découvert comment les ions calcium présents à l'interface entre l'oxyde de titane et les tissus affectent la façon dont les peptides se lient au métal. L'équipe rend compte de ses conclusions dans un numéro spécial de Biointerphases , qui met en lumière les femmes dans le domaine de la science des biointerfaces. En utilisant des outils récemment développés dans les simulations de dynamique moléculaire, les découvertes du groupe permettent de comprendre rapidement comment nous pourrions un jour utiliser la composition du sel pour affiner les réactions entre les implants en titane et le corps.
"Ce travail contribue à un effort de longue haleine et continu pour identifier des améliorations systématiques pour les matériaux implantaires porteurs, " a déclaré Tiffany Walsh, un auteur sur le papier. "Les comportements de liaison que nous avons identifiés pour ces peptides en présence d'ions pourraient en guider d'autres dans la conception de nouveaux revêtements d'implants."
On pense que le revêtement des surfaces de titane avec des biomolécules pour adhérer aux tissus hôtes est aidé par les ions inorganiques à proximité dans le corps. En raison de leur charge positive plus élevée et de leur rôle dans la signalisation cellulaire, les ions calcium sont soupçonnés d'être particulièrement utiles.
Pour aborder ces questions, Walsh et ses collègues ont créé un modèle informatique de la surface oxydée du titane. Le groupe a simulé deux peptides de liaison au titane, Ti-1 et Ti-2, dans des solutions de chlorure de calcium et de chlorure de sodium à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. Cette approche de calcul approche et modélise les interactions entre les nombreuses molécules d'un système. Dans leur modèle, ils se sont appuyés sur une technique avancée appelée échange de répliques avec trempe au soluté qui accélère l'exploration des structures peptidiques.
Le groupe a découvert que les ions calcium chargés positivement aidaient le Ti-1 à adhérer à la surface du titane en agissant comme un connecteur entre l'oxyde de titane chargé négativement et l'asparagine, un résidu dans le peptide Ti-1. Ce processus conduit alors à d'autres résidus épinglant directement à la surface de l'oxyde de titane. Pour Ti-2, cependant, les ions calcium limitent l'accès à la surface.
Les données de leurs simulations indiquent des principes améliorés pour la conception de peptides avec une affinité ajustable à l'application du titane. Walsh a déclaré qu'elle s'attend à ce que leurs découvertes conduisent à explorer davantage l'interface titane-tissu, comprenant des molécules avec un domaine de liaison pour le titane et un pour les biomolécules.
"Le titane est un matériau d'implant courant, et notre compréhension de la façon de moduler de manière bénéfique l'interaction entre le titane et les tissus vivants, bien que très avancé, a encore beaucoup à faire, " Walsh a déclaré. "Nous voulons contribuer à cet effort en cours."
