Investigadores han desarrollado heteropolímeros aleatorios (HPA) que imitan la función de las enzimas, ofreciendo un nuevo enfoque para crear materiales sintéticos con comportamientos similares a los de las proteínas. El estudio, publicado en Nature, detalla cómo estos HPA fueron diseñados utilizando información de los sitios activos de aproximadamente 1300 metaloproteínas.

El equipo se centró en programar la disposición espacial y temporal de las cadenas laterales a nivel segmentario de los polímeros, que tienen químicas de cadena principal diferentes a las de las proteínas. Esta estrategia permite que los polímeros repliquen los comportamientos de las proteínas de manera efectiva. Al aprovechar la libertad rotacional inherente a los polímeros, los investigadores buscaron superar las limitaciones en la especificidad de la secuencia de monómeros y lograr un comportamiento uniforme en todo el conjunto de moléculas.

"Introducimos monómeros clave como los equivalentes de los residuos funcionales de las proteínas y modulamos estadísticamente las características químicas de los segmentos que contienen monómeros clave, como la hidrofobicidad segmentaria", afirmaron los investigadores en su publicación. Los HPA resultantes forman pseudo-sitios activos, proporcionando a los monómeros clave un microentorno similar al de las proteínas.

El desarrollo de estos miméticos enzimáticos representa un importante paso adelante en los materiales bioinspirados. Los enfoques tradicionales para replicar las funciones de las proteínas a menudo se han centrado en imitar las estructuras primaria, secundaria y terciaria de las proteínas. Sin embargo, lograr las heterogeneidades químicas, estructurales y dinámicas cruciales para la función de las proteínas ha seguido siendo un desafío. Este nuevo enfoque evita algunos de estos desafíos al centrarse en la modulación estadística de los monómeros clave dentro de la estructura del polímero.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a varios campos, incluyendo la catálisis, la administración de fármacos y la ciencia de los materiales. Los miméticos enzimáticos podrían potencialmente reemplazar a las enzimas naturales en los procesos industriales, ofreciendo una mayor estabilidad y menores costos de producción. En la administración de fármacos, estos polímeros podrían diseñarse para dirigirse a células o tejidos específicos, mejorando la eficacia de los agentes terapéuticos.

El uso de la inteligencia artificial (IA) desempeñó un papel crucial en la guía del diseño de estos HPA. Al analizar los sitios activos de un gran conjunto de datos de metaloproteínas, los investigadores pudieron identificar las características estructurales y químicas clave que contribuyen a la función enzimática. Este enfoque basado en datos les permitió diseñar racionalmente polímeros con propiedades catalíticas específicas.

El concepto de "síntesis en un solo recipiente" también es fundamental para este desarrollo, refiriéndose a una estrategia en la que todos los componentes necesarios se combinan en un único recipiente de reacción para formar el producto deseado. Esto simplifica el proceso de fabricación y reduce la necesidad de múltiples pasos de purificación.

De cara al futuro, los investigadores planean refinar aún más el diseño de estos HPA y explorar sus posibles aplicaciones en diversos campos. El trabajo futuro se centrará en mejorar la eficiencia catalítica de estos miméticos enzimáticos y ampliar su gama de sustratos. El equipo también tiene como objetivo desarrollar nuevos métodos para controlar la disposición espacial de los monómeros dentro de la estructura del polímero, lo que podría conducir a materiales aún más sofisticados y funcionales.