Una proteina sintetizzata dal sangue dei pesci potrebbe impedire il congelamento di alimenti e farmaci
Innovazione in attesa di brevetto da portare sul mercato attraverso una nuova start-up
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Chiunque abbia sperimentato una bruciatura da congelatore sa che i cristalli di ghiaccio possono essere un problema a basse temperature. I bordi frastagliati dei cristalli di ghiaccio, tuttavia, possono fare di più che rovinare la consistenza del gelato. A livello microscopico, possono distruggere la struttura delle cellule viventi o dei farmaci biologici, come enzimi e anticorpi, che tuttavia devono essere trasportati a temperature di congelamento.
Jessica Kramer, a sinistra, e Thomas McParlton osservano le dimensioni dei cristalli di ghiaccio in un campione trattato con la loro proteina nel laboratorio dell'Università dello Utah.
Dan Hixson, University of Utah
L'antigelo dell'auto - il glicole etilenico - è tossico, quindi non è una soluzione per alimenti o farmaci. I ricercatori si sono invece ispirati alla natura: i pesci che abitano le acque polari hanno proteine nel sangue che ne impediscono il congelamento.
Ora, i ricercatori del John and Marcia Price College of Engineering dell'Università dello Utah hanno ideato un modo per realizzare una versione sintetica e ridotta di questa proteina, abbastanza semplice da poter essere prodotta su scala, ma abbastanza potente da inibire la formazione di cristalli di ghiaccio a temperature inferiori allo zero.
I ricercatori hanno dimostrato l'efficacia dei loro polipeptidi mimici su diversi casi di prova reali, tra cui il gelato e il farmaco antitumorale Trastuzumab. Il primo è stato raffreddato con successo fino a meno 4 gradi Fahrenheit, mentre il secondo è sopravvissuto a temperature fino a meno 323 gradi F.
Lo studio, finanziato dalla National Science Foundation, è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials. È stato condotto da Jessica Kramer, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, e da Thomas McParlton, studente laureato nel suo laboratorio.
Per decenni i ricercatori hanno tenuto d'occhio le proteine antigelo presenti in natura in alcuni pesci polari, così come in alcuni insetti e piante. Tuttavia, l'estrazione di quantità significative di queste proteine dagli organismi viventi non è praticabile per uso commerciale. Inoltre, sono suscettibili di contaminazione con allergeni.
Kramer e i suoi colleghi hanno quindi cercato di determinare le esatte proprietà fisiche e chimiche di queste proteine, responsabili delle loro capacità antigelo. Un paio di studi precedenti, pubblicati su Chemistry of Materials e Biomacromolecules, hanno dimostrato le caratteristiche strutturali più critiche delle proteine presenti in natura.
"In definitiva, abbiamo semplificato la struttura limitandola alle parti che ritenevamo necessarie per l'attività antigelo, in modo da rendere la produzione meno complicata e costosa", ha dichiarato Kramer. "Nonostante le modifiche, questo studio ha dimostrato che i nostri mimici si legano alla superficie dei cristalli di ghiaccio e inibiscono la crescita dei cristalli, proprio come le proteine antigelo naturali".
"E soprattutto", ha aggiunto McParlton, "abbiamo realizzato questi mimici interamente con la chimica, senza bisogno di pesci o cellule".
Come prova di concetto, i ricercatori hanno dimostrato che le molecole mimiche non sono tossiche per le cellule umane, sono digeribili dagli enzimi dell'intestino umano e possono sopravvivere al riscaldamento, un fattore critico per il loro potenziale di produzione alimentare. Hanno inoltre eseguito test su enzimi e anticorpi sensibili, dimostrando che i mimici li proteggono dai danni associati ai cicli di congelamento/scongelamento.
"Abbiamo anche dimostrato di poter inibire i cristalli di ghiaccio nel gelato, che spesso si formano durante la spedizione o quando si prende la confezione dal freezer", ha detto Kramer.
I ricercatori prevedono che le loro molecole mimiche possano essere utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni, dal prolungamento della durata di conservazione dei cibi congelati al miglioramento della conservazione e del trasporto di prodotti biologici salvavita. La tecnologia è attualmente in attesa di brevetto e il team sta lavorando per portare l'innovazione sul mercato attraverso una nuova startup, Lontra Bio LLC, che mira a commercializzare queste proteine antigelo sintetiche.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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