El colágeno constituye el cartílago en las articulaciones de la rodilla, los vasos que transportan nuestra sangre, y es un componente crucial en nuestros huesos. Es la proteína más abundante que se encuentra en los cuerpos de los humanos y muchos otros animales. También es un componente importantebiomaterial en la medicina moderna, utilizado en la curación de heridas, reparación de tejidos, administración de medicamentos y más.
Gran parte del suministro clínico proviene de animales como cerdos y vacas, pero puede causar reacciones alérgicas o enfermedades en algunas personas. El colágeno humano funcional ha sido imposible de crear en el laboratorio. Ahora, en un estudio publicado este mes en Química de la naturaleza , un equipo de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison describe lo que puede ser la clave para el crecimiento de fibras de colágeno naturales y funcionales fuera del cuerpo: la simetría.
"Estas son cadenas de proteínas masivas y es difícil hacerlas", dice el autor principal del estudio I. Caglar Tanrikulu, científico asistente en el laboratorio de Ronald Raines, profesor de química y profesor de bioquímica Henry Lardy. "No se puedesintetizarlos químicamente porque son realmente largos. No se pueden hacer biológicamente debido a modificaciones postraduccionales ", los toques a nivel celular que hacen que el colágeno sea funcional.
En el cuerpo, el colágeno se construye mediante un proceso que involucra la interacción de tres cadenas separadas de proteína de colágeno que se entrelazan para crear una fibra larga similar a una cuerda, conocida como triple hélice.
Durante años, los científicos han tratado de colocar pequeños trozos de colágeno en una triple hélice para crecer en estas largas fibras, pero el proceso se basa en principios físicos y químicos que son más complejos que las reglas relativamente más simples de otras moléculas como el ADN,que forma una doble hélice. Hasta ahora, no han logrado crear fibras que sean lo suficientemente largas o gruesas como para imitar lo que se encuentra en el cuerpo.
Sin embargo, el trabajo de estos científicos ha ayudado a establecer algunas reglas básicas que rigen los principios básicos de la construcción de colágeno. Por ejemplo, han descubierto que hacer colágeno requiere tener la cantidad justa de contacto químico y físico entre los hilos individuales para alentarpara que encajen y crezcan.
Utilizando el conocimiento de nuevos estudios como un andamiaje básico, Tanrikulu se puso a "diseñar" el colágeno basándose en las reglas que sabía que eran ciertas. Estas reglas incluyen una disposición particular de aminoácidos, que crean la proteína del colágeno, yinteracciones específicas entre moléculas cargadas en las cadenas individuales de colágeno, llamadas puentes de sal, que ayudan a unirlas.
Un pariente ajeno al campo, Tanrikulu "ingenuamente" comenzó a reunir una colección de posibles diseños, ignorando algunos de los dogmas que sus colegas más experimentados habían adoptado en su trabajo.
"Mi ingenuidad terminó siendo mi mayor fortaleza", dice Tanrikulu. "Lo miré de una manera que otras personas no tenían".
Se dio cuenta de que cada hebra individual en la fibra de colágeno de tres miembros tenía que "ver" exactamente el mismo entorno mientras dejaba suficiente superposición entre ellos para que pudieran unirse con otras piezas cortas de colágeno.
"Todas las partes de la fibra de colágeno tienen que estar experimentando lo mismo", dice Tanrikulu. "Al igual que las baldosas, si conoce la forma de una baldosa y qué simetría usar, puede cubrir toda la superficie; ya sea cada baldosaestá organizado de la misma manera que los demás o los bordes no encajan. Del mismo modo, si los extremos de la fibra de colágeno en crecimiento no están separados regularmente, el entorno químico no será el mismo ".
Tanrikulu ideó múltiples diseños que se ajustan a los criterios de simetría. Ninguna de las versiones de sus predecesores lo cumplió.
"La clave es no producir el péptido la versión corta de una proteína que sirve como el mosaico individual en una molécula más grande", dice. "Es saber qué péptido fabricar".
Utilizando las reglas y los diseños posteriores, Tanrikulu pudo cultivar fibras de colágeno largas y estables en el laboratorio que imitan a las que se encuentran en la naturaleza. Ahora, está explorando formas de llevar los hallazgos al mundo de los biomateriales y la nanotecnología, y está buscandopara colaborar con otros científicos con experiencia en estos campos.
Él cree que las lecciones que ha aprendido sobre la importancia de la simetría en la construcción de colágeno podrían tener implicaciones para otros tipos de moléculas, lo que podría ser particularmente informativo para la nanotecnología. Y, equipado con una mejor manera de hacer crecer moléculas en el laboratorio,tiene la esperanza de que también tendrá aplicaciones para la salud humana, incluso si eso está lejos en el futuro.
"Esto es algo que nunca antes se había hecho. ¿Tendrá alguna aplicación? Espero que sí", dice Tanrikulu. "Pero no es así como funciona la ciencia".
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Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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