Nanoparticelle che agiscono come enzimi
Gli enzimi funzionano se si verifica una serie determinata di condizioni fisiologiche. Variazioni di temperatura e pH possono incidere sulla loro struttura e renderli inattivi; si tratta di un notevole inconveniente per processi tecnologici come la trasformazione di alimenti. Per ovviare alla limitata flessibilità degli enzimi in relazione all’applicazione nella sintesi tecnica, gli scienziati impegnati nel progetto ARTEN, finanziato dall’UE, hanno ricercato analoghi di enzimi che fossero meno sensibili alle variazioni ambientali e dotati di maggiore efficienza per processi catalitici su larga scala, come avviene nell’industria,” spiega il coordinatore del progetto, il dott. Knez. Le NP inorganiche agiscono come biomimica molecolare Finora, sono stati studiati solo pochi esempi di NP inorganiche e, in massima parte, si è trattato di vari metalli, ossidi metallici e leghe. Tuttavia, restano ancora oscuri molti aspetti delle reazioni catalitiche tra enzima e analogo di particelle inorganiche. Gli scienziati di ARTEN hanno scoperto che alcuni catalizzatori consueti (come il platino e l’oro) presentano caratteristiche in comune con determinate reazioni enzimatiche. Il loro interesse si rivolgeva in particolare a Erano particolarmente interessati a enzimi come la catalasi, la superossidodismutasi e la ferrossidasi, alcuni dei quali vengono già utilizzati in campo cosmetico e sono implicati nella trasduzione del segnale di ossidoriduzione. Gli enzimi di ossidoriduzione sono molto comuni in natura e sono correlati allo stress ossidativo e all’infiammazione. Gli studiosi hanno anche scoperto inibitori che impediscono selettivamente reazioni catalitiche individuali, pur non influenzandone altre che si verificano parallelamente. Dopo una caratterizzazione dettagliata dell’attività catalitica delle NP inorganiche, gli scienziati hanno osservato come le variazioni nel pH ne potenziassero l’efficienza di conversione. Inoltre, diversamente dagli enzimi tradizionali, al termine della reazione è anche possibile recuperare tali NP. Nel complesso, le NP sviluppate ampliano la gamma di applicabilità di determinate reazioni simili ad enzimi, in termini di temperature di funzionamento e valori di pH generalmente non accettabili per gli enzimi. NP ingabbiate nella proteina Le NP inorganiche sono state incapsulate in specifici involucri proteici attraverso una sintesi controllata, da cui sono derivati enzimi bioinorganici compositi. Le NP inorganiche incapsulate in proteine hanno evidenziato un’elevata attività catalitica e un’ampia superficie attiva, a confronto con gli enzimi tradizionali. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato come sia possibile modificare le proprietà fisiche e chimiche (ad esempio le dimensioni e la struttura superficiale) e regolare la risultante attività catalitica. Poiché le NP inorganiche sono state sintetizzate all’interno di modelli a base proteica, i ricercatori hanno dovuto risolvere rilevanti sfide correlate all’interazione tra la parte organica e inorganica di tali analoghi di enzimi. È particolarmente interessante il fatto che abbiano scoperto come l’involucro proteico proteggesse le NP, potenziandone anche l’attività sinergica. La componente proteica stessa potrebbe fungere da efficiente agente di somministrazione di farmaci e geni. Si tratta di un aspetto oltremodo interessante per la comunità biomedica. Le applicazioni per gli enzimi inorganici artificiali I primi risultati generati nel corso di ARTEN prospettano enormi potenzialità di innovazione da un punto di vista scientifico che sotto il profilo tecnologico. Riguardo all’applicazione clinica di questo sistema, Knez spiega: “È assolutamente troppo presto per pensare ad applicazioni concrete, ma con qualche ottimizzazione riguardo alla selettività del legame con cellule o tessuti, le particelle potrebbero in effetti trovare applicazione in alcune terapie.” Se si considera l’importanza del ruolo della conversione catalitica nel settore biotecnologico, gli analoghi di enzimi delle NP inorganiche fornirebbero una migliore alternativa per la catalisi ad alta intensità di elaborazione. I partner “sperano di ricevere ulteriori finanziamenti per ampliare le conoscenze e lo spettro degli enzimi artificiali disponibili nei prossimi anni”.
Parole chiave
ARTEN, enzima, nanoparticelle organiche, proteina, reazione catalitica
