Investigadores han desarrollado polímeros sintéticos que imitan la función de las enzimas, ofreciendo un nuevo enfoque para la creación de catalizadores artificiales. El estudio, publicado en Nature, detalla cómo se diseñaron heteropolímeros aleatorios (RHPs, por sus siglas en inglés) para replicar los sitios activos de las metaloproteínas, lo que podría conducir a avances en diversos campos, incluidos la medicina y la ciencia de los materiales.

El equipo, guiado por el análisis de aproximadamente 1300 sitios activos de metaloproteínas, sintetizó RHPs utilizando un método "one-pot". Esto implicó la introducción de monómeros específicos que actúan como equivalentes a los residuos funcionales que se encuentran en las proteínas. Al modular estadísticamente las características químicas de estos segmentos clave que contienen monómeros, como la hidrofobicidad segmentaria, los investigadores crearon pseudo-sitios activos que proporcionan a los monómeros clave microambientes similares a los de las proteínas.

"Proponemos que, para los polímeros con químicas de cadena principal diferentes a las de las proteínas, la programación de proyecciones espaciales y temporales de las cadenas laterales a nivel segmentario puede ser eficaz para replicar los comportamientos de las proteínas", afirmaron los investigadores en su publicación. También señalaron que aprovechar la libertad de rotación de los polímeros puede compensar las limitaciones en la especificidad de la secuencia monomérica y lograr un comportamiento uniforme a nivel del conjunto.

El desarrollo de estos miméticos enzimáticos es significativo porque aborda el desafío de replicar sintéticamente las complejas heterogeneidades químicas, estructurales y dinámicas de las proteínas. Si bien los esfuerzos anteriores se han centrado en replicar las estructuras primaria, secundaria y terciaria de las proteínas, lograr la replicación funcional ha seguido siendo difícil. Este nuevo enfoque se centra en la programación de la disposición espacial y temporal de las cadenas laterales a nivel segmentario, lo que permite la creación de polímeros que pueden imitar eficazmente los comportamientos de las proteínas.

Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance. Los miméticos enzimáticos podrían utilizarse en una variedad de aplicaciones, incluyendo la administración de fármacos, la biosensores y la catálisis industrial. Por ejemplo, podrían diseñarse para catalizar reacciones específicas en la fabricación química, lo que podría conducir a procesos más eficientes y sostenibles. En medicina, podrían utilizarse para atacar y destruir las células cancerosas o para administrar fármacos directamente a los tejidos enfermos.

El uso de la IA desempeñó un papel crucial en el diseño y la optimización de estos RHPs. Se utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para analizar los sitios activos de las metaloproteínas e identificar las características clave que contribuyen a su actividad catalítica. Esta información se utilizó luego para guiar el diseño de los RHPs, asegurando que poseyeran las propiedades químicas y estructurales necesarias para funcionar como miméticos enzimáticos.

Los investigadores creen que este enfoque representa un importante paso adelante en el campo de los materiales bioinspirados. Al aprovechar el poder de la IA y las técnicas sintéticas avanzadas, han creado una nueva clase de materiales que pueden realizar funciones complejas con gran precisión. Los próximos pasos consistirán en seguir optimizando el diseño de estos RHPs y explorar sus posibles aplicaciones en diversos campos. El equipo también planea investigar el uso de diferentes tipos de monómeros y polímeros para crear una gama aún más amplia de miméticos enzimáticos.