Effetto delle microonde polarizzate linearmente sulla nanomorfologia della mineralizzazione del carbonato di calcio utilizzando peptidi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12027 (2023) Citare questo articolo

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Le microonde vengono utilizzate per diverse applicazioni come telefoni cellulari, forni e dispositivi terapeutici. Tuttavia, ci sono pochi studi sugli effetti delle microonde su malattie diverse dal cancro e sui processi fisiologici. Qui, ci siamo concentrati sulla mineralizzazione del CaCO3 come modello di biomineralizzazione e abbiamo tentato di chiarire l'effetto delle microonde sulla mineralizzazione del CaCO3 utilizzando peptidi. Abbiamo condotto misurazioni AFM, potenziale ζ, HPLC, ICP-AES e permettività relativa. I nostri risultati mostrano che le microonde alterano la nanomorfologia del precipitato CaCO3, da particelle sferiche a strutture simili a corde. Inoltre, le microonde hanno uno scarso effetto sulla mineralizzazione quando la capacità di mineralizzazione di un peptide è elevata, ma un grande effetto quando la capacità di precipitazione è bassa. I nostri risultati potrebbero essere applicabili non solo al trattamento di denti e ossa, ma anche allo sviluppo di nanobiomateriali organici-inorganici. Questa metodologia può essere estesa ad altre reazioni molecolari/atomiche in varie condizioni di microonde per alterare i parametri dell'attività di reazione.

Le microonde (MW) vengono utilizzate per diverse applicazioni come telefoni cellulari, forni MW e dispositivi terapeutici MW. Tuttavia, i MW generati da questi dispositivi sono soggetti a normative internazionali a causa dei timori relativi ai loro effetti sul corpo umano. Ad esempio, esistono diversi rapporti secondo cui le persone esposte alle microonde per un lungo periodo hanno un'alta prevalenza di cancro1 e coloro che utilizzano ampiamente i telefoni cellulari hanno un'alta prevalenza di tumori al cervello2. D'altro canto, un rapporto che riassume 219 lavori di ricerca epidemiologica sugli effetti dei tumori cerebrali nei giovani non ha mostrato un aumento della morbilità dovuto all'esposizione a microonde derivante dall'uso dei telefoni cellulari3. I MW hanno un'elevata biopermeabilità e capacità di riscaldamento e quindi vengono utilizzati per prodotti di riscaldamento ortopedici e per il trattamento del cancro al fegato4. I PM vengono utilizzati anche nella sintesi di materiali organici5,6,7,8, materiali inorganici9,10,11,12 e peptidi13,14. Tuttavia, nel campo delle scienze della vita, ci sono pochi rapporti di ricerca sugli effetti dei microonde su malattie diverse dal cancro o sulla fisiologia. Le malattie e la fisiologia influenzano le risposte delle cellule a causa delle complesse interazioni di biomolecole come proteine ​​e peptidi. Pertanto, il comportamento di varie molecole sotto irradiazione a microonde richiede un'analisi dettagliata per chiarire gli effetti dei microonde su malattie e funzioni biologiche. In questo studio, ci siamo concentrati sulla mineralizzazione del carbonato di calcio (CaCO3) come reazione biologica modello15,16,17,18,19,20,21,22,23, il processo mediante il quale si formano gli esoscheletri di crostacei, denti e ossa . La biomineralizzazione è la precipitazione di sostanze inorganiche da parte di biomolecole come proteine ​​e peptidi24. In precedenza ci siamo concentrati sulla precipitazione di CaCO3 utilizzando peptidi e abbiamo tentato di chiarire aspetti del meccanismo alla base della biomineralizzazione modificando l'N-terminale nella sequenza centrale dei peptidi precipitanti di carbonato di calcio (CaCO3) (sequenza CAP-1, una parte dell'esoscheletro dei gamberi)15 . Lo studio dell'effetto dei PM sulla biomineralizzazione del CaCO3 utilizzando i peptidi aiuterebbe a chiarire il comportamento delle molecole sia organiche che inorganiche, fornendo indizi sull'effetto dei PM sui processi biologici. Abbiamo preparato un trasmettitore a semiconduttore (Minato Medical Science Co., Ltd.) per generare MW polarizzati linearmente (direzionali) e analizzato la correlazione tra il watt di uscita MW e la morfologia, potenziale ζ, precipitazione, consumo di peptidi, ecc., sulla mineralizzazione utilizzando peptidi . Questi esperimenti forniranno una comprensione più dettagliata della relazione tra i parametri MW e i parametri di biomineralizzazione, che sarà applicabile non solo al trattamento di denti e ossa ma anche allo sviluppo di nanomateriali inorganici. Inoltre, questo studio fornisce approfondimenti sugli effetti dei MW su altre molecole e questi effetti potrebbero essere controllati modificando i parametri MW come la polarizzazione dell'irradiazione e i watt di uscita.