Νανοκαλώδια με χρήση πρωτεϊνών, που έχουν νέες ιδιότητες και είναι εξαιρετικά λειτουργικότερα και ανθεκτικότερα σε σύγκριση με νάνοϋλικά που χρησιμοποιούν αδρανή υλικά, π.χ. άνθρακα, έχει σχεδιάσει και αναπτύξει η ερευνητική ομάδα της αναπληρώτριας καθηγήτριας του Πανεπιστημίου Κρήτης στο Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών, Αννας Μητράκη. Με μοντέλο έμπνευσης τη φύση, δημιουργούνται τεχνητά βιοϋλικά για ιατρική χρήση αλλά και για διάφορους παραγωγικούς σκοπούς.

Ήδη η ερευνητική διαδικασία που ακολουθεί η συγκεκριμένη ομάδα προς τη δημιουργία νέων βιολογικών δομών έχει ανοίξει τον δρόμο με επιτυχία για μελλοντική ανάπλαση οστών και δοντιών, με τον σχεδιασμό και τη μελέτη αυτοοργανομένων ινιδίων που δεσμεύουν το ασβέστιο στη νανοκλίμακα.

Κυρία Μητράκη, η φύση είναι δάσκαλος στον επιστημονικό σας τομέα;

«Η φύση λειτουργεί σαν ένα εργοστάσιο παραγωγής υλικών τα οποία έχουν βελτιστοποιηθεί για πληθώρα λειτουργιών. Για παράδειγμα, οι ινώδεις πρωτεϊνες που συναντιούνται στα φυσικά βιοϋλικά (κολλαγόνο στα οστά και τα δόντια, μετάξι, ιστοί αραχνών) έχουν εξαιρετικές μηχανικές και ελαστικές ιδιότητες. Μια ίνα ιστού αραχνών είναι ισχυρότερη από μία ίνα ατσαλιού της ίδιας διαμέτρου, αλλά είναι ταυτόχρονα και ελαστική.

Τα τελευταία χρόνια, η μελέτη των ιδιοτήτων της αυτοοργάνωσης έχει δημιουργήσει ένα ξεχωριστό τομέα έρευνας, που κυμαίνεται από τη βιοϊατρική και τη βιοτεχνολογία ώς την επιστήμη των υλικών και της νανοτεχνολογίας. Η συνεχής σμίκρυνση των διαστάσεων είναι μια διαρκής πρόκληση στη σύγχρονη νανοτεχνολογία. Τα σύγχρονα εργαλεία κατασκευής που διαθέτει ο άνθρωπος είναι δύσκολο να φτάσουν σε διαστάσεις μικρότερες των 30 νανομέτρων, ενώ η νανοκλίμακα είναι αυτή στην οποία κατ’εξοχήν οργανώνονται οι βιολογικές δομές. Συνεπώς, οι αυτοοργανωμένες βιολογικές δομές μπορούν να χρησιμοποιηθούν π.χ. ως υποστρώματα/εκμαγεία για επιμετάλλωση, με αποτέλεσμα τη δημιουργία αγώγιμων νανοκαλωδίων και την κατασκευή νανοσυσκευών. Επίσης, οι αυτοοργανωμένες δομές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποστρώματα για βιοεναλάτωση και ως ικριώματα για εφαρμογές στην ιστοτεχνολογία και για μεταφορά φαρμάκων».

Ποια είναι τα στοιχεία υπεροχής αυτών των συνθέσεων;

«Στα πλεονεκτήματα των αυτοοργανωμένων πεπτιδίων, εκτός από τη χημική και θερμική σταθερότητα που αναφέραμε παραπάνω, συμπεριλαμβάνεται και η δυνατότητα ελέγχου των ιδιοτήτων τους είτε με απλές χημικές τροποποιήσεις είτε με αλλαγές στην αμινοξική αλληλουχία. Η αφθονία των πλευρικών ομάδων (20) καθιστά δυνατό τον έλεγχο τόσο της διαμόρφωσης όσο και της λειτουργικότητας τους.

Συνεπώς, υλικά τα οποία να μπορούν να επάγουν σχηματισμό αλάτων ασβεστίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές αποκατάστασης, ανάπλασης οστών και δοντιών. Μέχρι σήμερα, πολλά υλικά αποκατάστασης-ανάπλασης έχουν ως βάση πολυμερή όπως πολυγαλακτικό οξύ. Τα ινιδία μας δεσμεύουν ασβέστιο, άρα λειτουργούν σαν ‘βιομιμητικά πλαίσια’ εναπόθεσης ασβεστίου. Σε συνεργασία με την ομάδα του καθηγητή Πέτρου Κοΐδη της Οδοντιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, τα πλαίσια αυτά θα αξιολογηθούν για εφαρμογές αποκατάστασης δοντιών.

Τα αυτοοργανωμένα πεπτίδια είναι επίσης υποσχόμενα υλικά ως βιολογικά ικριώματα με εφαρμογές στην ιστοτεχνολογία και για μεταφορά φαρμάκων.

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για το μέλλον είναι και η δυνατότητα παραγωγής αυτών των πεπτιδικών υλικών σε ικανές ποσότητες και με χαμηλό κόστος. Μέχρι σήμερα παράγονται με χημική σύνθεση, που αποβαίνει αντιοικονομική όταν απαιτούνται μεγάλες ποσότητες».

Του Παναγιώτη Γεωργούδη