Effet des micro-ondes polarisées linéairement sur la nanomorphologie de la minéralisation du carbonate de calcium à l'aide de peptides

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12027 (2023) Citer cet article

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Les micro-ondes sont utilisés pour diverses applications telles que les téléphones mobiles, les fours et les appareils thérapeutiques. Cependant, il existe peu de rapports sur les effets des micro-ondes sur des maladies autres que le cancer et sur des processus physiologiques. Ici, nous nous sommes concentrés sur la minéralisation du CaCO3 comme modèle de biominéralisation et avons tenté d'élucider l'effet des micro-ondes sur la minéralisation du CaCO3 à l'aide de peptides. Nous avons effectué des mesures AFM, potentiel ζ, HPLC, ICP-AES et permittivité relative. Nos résultats montrent que les micro-ondes modifient la nanomorphologie du précipité de CaCO3, des particules sphériques aux structures ressemblant à des cordes. De plus, les micro-ondes ont peu d’effet sur la minéralisation lorsque la capacité de minéralisation d’un peptide est élevée, mais un effet important lorsque la capacité de précipitation est faible. Nos découvertes pourraient s’appliquer non seulement au traitement des dents et des os, mais également au développement de nanobiomatériaux organiques et inorganiques. Cette méthodologie peut être étendue à d’autres réactions moléculaires/atomiques dans diverses conditions de micro-ondes afin de modifier les paramètres d’activité de la réaction.

Les micro-ondes (MW) sont utilisées pour diverses applications telles que les téléphones mobiles, les fours MW et les appareils de thérapie MW. Cependant, les MW générés par ces appareils sont soumis aux réglementations internationales en raison des préoccupations concernant leurs effets sur le corps humain. Par exemple, plusieurs rapports indiquent que les personnes exposées aux MW pendant une longue période ont une forte prévalence de cancer1, et que celles qui utilisent beaucoup de téléphones portables ont une forte prévalence de tumeurs cérébrales2. En revanche, un rapport résumant 219 articles de recherche épidémiologique sur les effets des tumeurs cérébrales chez les jeunes n'a pas montré d'augmentation de la morbidité due à l'exposition aux micro-ondes résultant de l'utilisation de téléphones portables3. Les MW ont une bioperméabilité et une capacité de chauffage élevées et sont donc utilisés pour les produits chauffants orthopédiques et le traitement du cancer du foie4. Les MW sont également utilisés dans la synthèse de matières organiques5,6,7,8, de matières inorganiques9,10,11,12 et de peptides13,14. Cependant, dans le domaine des sciences de la vie, il existe peu de rapports de recherche sur les effets des MW sur des maladies autres que le cancer, ou sur la physiologie. Les maladies et la physiologie affectent les réponses des cellules en raison d'interactions complexes de biomolécules telles que les protéines et les peptides. Par conséquent, le comportement de diverses molécules sous irradiation par les micro-ondes nécessite une analyse détaillée pour élucider les effets des micro-ondes sur les maladies et les fonctions biologiques. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur la minéralisation du carbonate de calcium (CaCO3) comme réaction biologique modèle15,16,17,18,19,20,21,22,23, le processus par lequel les exosquelettes des crustacés, des dents et des os se forment. . La biominéralisation est la précipitation de substances inorganiques par des biomolécules telles que des protéines et des peptides24. Nous nous sommes précédemment concentrés sur la précipitation du CaCO3 à l'aide de peptides et avons tenté d'élucider certains aspects du mécanisme sous-jacent à la biominéralisation en modifiant l'extrémité N-terminale de la séquence centrale des peptides précipitants du carbonate de calcium (CaCO3) (séquence CAP-1, une partie de l'exosquelette de l'écrevisse)15. . L'étude de l'effet des MW sur la biominéralisation du CaCO3 à l'aide de peptides aiderait à élucider le comportement des molécules organiques et inorganiques, fournissant ainsi des indices sur l'effet des MW sur les processus biologiques. Nous avons préparé un émetteur à semi-conducteur (Minato Medical Science Co., Ltd.) pour générer des MW à polarisation linéaire (directionnelle) et analysé la corrélation entre le watt de sortie du MW et la morphologie, le potentiel ζ, les précipitations, la consommation de peptides, etc., sur la minéralisation à l'aide de peptides. . Ces expériences fourniront une compréhension plus détaillée de la relation entre les paramètres MW et les paramètres de biominéralisation, qui seront applicables non seulement au traitement des dents et des os, mais également au développement de nanomatériaux inorganiques. De plus, cette étude donne un aperçu des effets des MW sur d'autres molécules, et ces effets pourraient être contrôlés en modifiant les paramètres du MW tels que la polarisation de l'irradiation et les watts de sortie.