Os cientistas desenvolveram métodos para controlar as formas precisas e a “lateralidade” dos peptóides, moléculas semelhantes a proteínas inspiradas em estruturas moleculares naturais, que são vitais para aplicações como administração de medicamentos e terapia de doenças. Sua pesquisa destaca suas técnicas inovadoras na criação de materiais funcionais à base de peptóides para diversos usos tecnológicos e médicos. Crédito: Ilustração de Nathan Johnson | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico
Os pesquisadores aprenderam a controlar a “lateralidade” dos peptoides, um fator crucial na administração e diagnóstico precisos de medicamentos.
A natureza está repleta de formas moleculares extraordinariamente precisas que se encaixam como uma mão na luva. As proteínas, por exemplo, podem se agrupar em uma ampla variedade de formas bem definidas que lhes conferem sua função.
“Dependendo da sua forma, as proteínas podem se encaixar com outras proteínas para desempenhar funções ou funcionar mal, aglomerando-se, como observado em Alzheimer doença”, disse o cientista de materiais Chun-Long Chen. “Compreender como eles se montam e as origens de sua forma específica pode ser significativo para diversas aplicações, como distribuição de medicamentos, diagnóstico e terapêutica.”
Em estudos publicados em Comunicações da Natureza e química Aplicada, Chen e seus colegas do PNNL investigaram como controlar essas formas criando materiais baseados em peptoides inspirados na natureza. Ele usa essas sofisticadas moléculas semelhantes a proteínas para projetar substâncias para aplicações energéticas, como a coleta de luz ou a decomposição da lignina lenhosa. Na última década, Chen e sua equipe do Pacific Northwest National Laboratory desenvolveram uma plataforma para a criação de materiais funcionais baseados em peptoides e caracterização de seu comportamento.
“Os peptóides têm potencial para serem usados em uma variedade de aplicações”, disse Chen. “Com base em suas formas montadas e outras propriedades, é possível projetar peptoides como agentes de distribuição de medicamentos ou enzimas artificiais.”
Como uma mão em uma luva
Chen e seus colegas se uniram ao universidade de Washingtono Universidade de Chicagoe o Instituto de Tecnologia da Geórgia para projetar conjuntos de peptoides com formas precisas. O experimento deles envolve direcionar a “lateralidade” da hélice. As hélices podem ser “canhotas” ou “destras” dependendo da direção em que espiralam. Seus resultados foram publicados em Comunicações da Natureza.
“A lateralidade é extremamente importante ao projetar moléculas especializadas, como medicamentos”, disse Chen. “Compreender e controlar esta lateralidade pode fornecer insights sobre processos como a montagem de proteínas e pode ser valioso para encontrar curas para doenças relacionadas ao enovelamento de proteínas, como a doença de Alzheimer.”
Chun-Long Chen e sua equipe desenvolveram uma maneira de controlar o formato da hélice peptóide. Crédito: Chun-Long Chen | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico
Para este experimento, Chen e sua equipe optaram por desenvolver estruturas helicoidais em forma de saca-rolhas devido à sua importância biológica. Na verdade, a maioria das proteínas contém essas estruturas helicoidais básicas.
Os métodos anteriores de síntese peptóide produziriam uma mistura de hélices canhotas e destras. Na natureza, as proteínas precisam ter uma conformação específica para desempenhar suas funções – a maioria sendo canhotas.
“Outros grupos antes de nós foram capazes de sintetizar nanohélices peptóides, mas controlar com precisão suas formas e lateralidade permaneceu um desafio”, disse Chen. “Ser capaz de controlar as suas formas não só abriria a porta para a concepção de materiais futuros, mas também forneceria insights sobre os processos biológicos que envolvem estas estruturas.”
Usando uma combinação de técnicas experimentais e computacionais, Chen e sua equipe descobriram uma maneira de controlar a lateralidade de uma hélice peptóide. Semelhante às proteínas, os peptóides são criados a partir de aminoácidos ácido-como blocos de construção. Cada bloco de construção tem os mesmos átomos de “espinha dorsal” que formam ligações peptóides; no entanto, cada elo individual da cadeia pode variar enormemente. O grupo de Chen descobriu que poderia controlar o formato da hélice manipulando a sequência das cadeias laterais peptóides.
Adicionando outra dimensão à pesquisa peptóide
Para investigar mais a fundo como os peptóides podem se montar, Chen colaborou com colegas da Universidade de Washington, da Universidade de Harvard, da Universidade de Binghamton e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Zhejiang. Expandindo seus estudos bidimensionais anteriores de estruturas peptóides, a equipe conseguiu desenvolver com sucesso uma nanoestrutura helicoidal tridimensional.
Eles observaram que a inclusão de “grupos funcionais” especiais de átomos em suas sequências peptóides permitiu-lhes criar estruturas com funções especiais – semelhantes aos conjuntos de proteínas. Seu trabalho foi publicado em química Aplicada.
“Embora este seja um estudo fundamental, esta pesquisa nos dá insights adicionais sobre como podemos criar materiais melhores e mais precisos – como os encontrados na natureza – para aplicações específicas”, disse Chen. “Os peptóides têm potencial para serem usados em uma variedade de aplicações. Com base em sua estrutura e outras propriedades, é possível projetar peptoides como agentes de distribuição de drogas ou sistemas artificiais de coleta de luz.”
No futuro, Chen e sua equipe esperam criar uma ampla gama de nanomateriais baseados em peptoides para aplicações. Controlar a forma peptóide, conforme descrito em seus trabalhos de pesquisa, é apenas o primeiro passo.
Referências: “Montagem de peptóides anfifílicos curtos em nanohélices com quiralidade supramolecular controlável” por Renyu Zheng, Mingfei Zhao, Jingshan S. Du, Tarunya Rao Sudarshan, Yicheng Zhou, Anant K. Paravastu, James J. De Yoreo, Andrew L. Ferguson e Chun-Long Chen, 16 de abril de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-46839-y
“Automontagem hierárquica de materiais funcionais multidimensionais a partir de peptóides definidos por sequência” por Li Shao, Dehong Hu, Shao-Liang Zheng, Thi Kim Hoang Trinh, Wenhao Zhou, Haoyu Wang, Yanxu Zong, Changning Li e Chun-Long Chen, 24 abril de 2024, Edição Internacional de Química Aplicada.
DOI: 10.1002/anie.202403263
Ambos os estudos foram apoiados principalmente pelo programa Departamento de Energia, Escritório de Ciência, Ciências Básicas de Energia como parte do programa Energy Frontier Research Centers: CSSAS – The Center for the Science of Synthesis Across Scales.
