مقالة منهجية

تحضير الهلاميات المائية الببتيدات ذاتية التجميع المستقرة ميكانيكيا

2.1K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/67267

⸱

سبتمبر 6, 2024

 ,  ,  ,  , 
1The First Affiliated Hospital of Nanchang University, 2The National Engineering Research Center for Bioengineering Drugs and the Technologies, Institute of Translational Medicine, Nanchang University

في هذه المقالة

ملخص

يقدم هذا البروتوكول ثلاث طرق تحضير سريعة وبسيطة تستخدم الظروف البيئية لتحفيز التجميع الذاتي للببتيدات في الهلاميات المائية. بالإضافة إلى ذلك ، تم وصف توصيف الهلاميات المائية الببتيد ، مما يدل على أنه يمكن تشكيل الهلاميات المائية الببتيد المستقرة ميكانيكيا في ظل هذه الظروف المباشرة.

الملخص

الهلاميات المائية الببتيد عبارة عن مواد هلامية شبكية ثلاثية الأبعاد محبة للماء للغاية تتكون من التجميع الذاتي للألياف النانوية أو البوليمرات ، مما يخلق شبكات قفل الماء. يشبه مورفولوجيتها إلى حد كبير مصفوفة خارج الخلية ، مما يسمح لها بإظهار كل من الوظائف البيولوجية للببتيدات وخصائص الهلام المستجيبة. أدت هذه الخصائص الفريدة إلى تطبيقها على نطاق واسع في هندسة الأنسجة ، وزراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد ، وعلاج السرطان ، والطب التجديدي ، وغيرها من المجالات الطبية الحيوية. توضح هذه المقالة ثلاث طرق لإعداد الهلاميات المائية ECF-5 الببتيد باستخدام الببتيدات ذاتية التجميع مع عمليات التبلور المستجيبة بيئيا: (1) التبلور المستجيب للأس الهيدروجيني: تؤدي مستويات الأس الهيدروجيني المتفاوتة إلى البروتون أو إزالة البروتون من بقايا الأحماض الأمينية ، وتغيير التفاعلات الكهروستاتيكية بين جزيئات الببتيد وتعزيز تجميعها الذاتي في الهلاميات المائية. (2) إضافة أيون المعدن: يتم خلب أيونات المعادن متعددة التكافؤ مع بقايا الأحماض الأمينية سالبة الشحنة ، وتعمل كجسور بين الببتيدات لتشكيل هيدروجيل شبكي ؛ (3) تبادل المذيبات: يتم إذابة الببتيدات الكارهة للماء في البداية في مذيبات عضوية غير قطبية وبالتالي تحفز التجميع الذاتي في الهلاميات المائية عند الانتقال إلى بيئة مائية قطبية. تستخدم هذه الطرق الإجراءات التجريبية التقليدية لتسهيل التجميع الذاتي للببتيد في الهلاميات المائية. من خلال تصميم تسلسلات الببتيد لتتماشى مع ظروف محددة تحفز الهلام ، من الممكن تحقيق هياكل دقيقة / نانوية ووظائف بيولوجية مضبوطة بدقة ، مما يسلط الضوء على الإمكانات الكبيرة للهلاميات المائية الببتيد في المجال الطبي الحيوي.

المقدمة

من خلال تصميم تسلسلات الببتيد ، تؤدي التفاعلات غير التساهمية بين الببتيدات إلى التجميع الذاتي ، مما يؤدي إلى تكوين هياكل دقيقة ونانومترية مرتبة ، بما في ذلك الأنابيب النانوية ، والأشرطة النانوية ، والألياف النانوية ، والهياكل الكروية1. عند تجميعها ذاتيا في ألياف / شرائط ميكرو ونانومتر ، تظهر هذه الهياكل خصائص هيدروجيل مجهرية. تختلف الهلاميات المائية ذاتية التجميع للببتيد عن الهلاميات المائية البوليمرية من حيث أنها تتجمع ذاتيا من خلال التفاعلات غير التساهمية ، وشكلها الهلامي قابل للعكس ، وتستجيب بسهولة لظروف محددة للانتقال بين مرحلتي المحلول والهلام2. على سبيل المثال ، يمكن حث ببتيدات الأحماض الأمينية العطرية على الجيلاتين بناء على تبديل المذيبات3،4،5 ، وتشكل ببتيدات RADA16 المواد الهلامية من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية الموجبةوالأنيونية 6 ، ويتم تحفيز الببتيد E1Y9 لتكوين هيدروجيل عبر أيونات Ca2+ 7. يمكن استقلاب الأحماض الأمينية الطبيعية بواسطة جسم الإنسان وتوفر توافقا حيويا ممتازا ، وهي ميزة لا يمكن للهلاميات المائية البوليمريةتحقيقها 8. البروتينات هي الجزيئات التي تنفذ وظائف بيولوجية ، والاختلافات في تسلسل الببتيد تخلق وظائفها البيولوجية المحددة. لذلك ، فإن تضمين تسلسلات الببتيد الوظيفية الحيوية المحددة ومنحها خصائص التجميع الذاتي يمكن أن يصمم الهلاميات المائية ذاتية التجميع للببتيد بوظائف بيولوجية وأشكالفريدة 9،10،11. تقدم هذه المقالة ثلاث طرق لتحضير الهلاميات المائية الببتيدية ، حيث يتم تشغيل عملية التبلور عن طريق الاستجابة البيئية. كما يناقش بإيجاز طرق توصيف الخواص الميكانيكية ومورفولوجيا الهلاميات المائية الببتيدية.

ينظم الرقم الهيدروجيني شحنة الأحماض الأمينية ، مما يؤدي إلى هلام بعض الببتيدات. على سبيل المثال ، يتم تنظيم الأحماض الأمينية موجبة الشحنة (على سبيل المثال ، الأرجينين والليسين والهيستيدين) بواسطة الرقم الهيدروجيني للوصول إلى حالات موجبة أو محايدة. يتم تنظيم الأحماض الأمينية سالبة الشحنة بواسطة الأس الهيدروجيني لتحقيق حالات سالبة أو محايدة ، والابتعاد عن نقطتها متساوية الكهرباء وبالتالي تغيير محبة الماء في المحاليل المائية. لذلك ، فإن التحكم في التفاعلات الكهروستاتيكية والكارهة للماء بين الببتيدات يسهل تجميعها الذاتي المطلوب. صمم Zhang et al. ببتيد ذاتي التجميع مستجيب لدرجة الحموضة البرمائية ، KKFKFEFEF مقترن بالميثوتريكسات ، والذي يستجيب للبيئات الحمضية قليلا في المختبر وفي الجسم الحي ، مما يتيح انتقال مرحلة sol إلى Gel. هذا يؤدي إلى امتصاص خلوي فعال وخلية داخلية ، وبالتالي تقديم الأدوية المضادة للسرطان وتحسين فعالية العلاج الكيميائي12. صمم Shen et al.13 الببتيد FF8 (KRRFFRRK) ، والذي يتجمع بسهولة في ألياف عند درجة حموضة أكبر من 9.4. في ظل الظروف المحايدة ، تعمل الكائنات الحية الدقيقة على تحييد شحناتها الموجبة بسبب التفاعلات الكهروستاتيكية مع أغشية الفوسفوليبيد سالبة الشحنة ، والتنسيق مع جزيئات الفوسفوليبيد للتجميع الذاتي ، مما يتسبب في تمزق الغشاء وتعزيز تأثيرات مبيد للجراثيم13.

يعد تحفيز التجميع الذاتي فوق الجزيئي للببتيد في الهلاميات المائية باستخدام معادن التنسيق طريقة نادرة نسبيا14. عندما تتفاعل أيونات المعادن إلكتروستاتيكيا مع الببتيدات ، فإنها تشكل جسورا ملحية تربط جزيئات الببتيد ، مما يؤدي إلى تفاعلات غير تساهمية وتجميع ذاتي ، مما ينتج عنه خصائص الهلام. على سبيل المثال ، صمم أبو الهيجة وآخرون 15 ثلاثي الببتيد FFD ، والذي ينتقل من سائل إلى هيدروجيل عند إضافة أيونات النحاس. طور Tao et al.16 حمض الجلوتاميك والببتيد الغني بالفينيل ألانين E3F3 ، والذي يتجمع ذاتيا في هيدروجيلات ليفية في وجود أيونات الزنك ، ويستخدم لتوصيل أدوية البروستاتا.

يعد تكوين تبادل المذيبات للهلاميات المائية الببتيد هو أكثر حالات تحفيز التجميع الذاتي فوق الجزيئي شيوعا. بعد أن تذوب الببتيدات الكارهة للماء في المذيبات العضوية ، تتعرض مجموعاتها الكارهة للماء بالكامل. عند نقلها إلى مرحلة مائية ، تقترب المجموعات الكارهة للماء من بعضها البعض ، وتسهل جزيئات الماء تكوين روابط هيدروجينية الببتيد ، مما يؤدي إلى التجميع الذاتي السريع وتكوين الهلاميات المائية بسهولة. على سبيل المثال ، صمم Zhang et al.17 ببتيد يمكن أن يذوب بثبات بتركيزات عالية في المذيبات العضوية القطبية ، وعند تخفيفه بالماء ، يتم تجميعه ذاتيا في هياكل من β صفائح لتشكيل الهلاميات المائية من ألياف الببتيد. صمم Shen et al.13 ببتيد مختزل ECF-5 (ECAFF) ، مذاب مسبقا في ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) ثم يتم حقنه في مرحلة مائية لتشكيل هيدروجيل مختزل ، يستخدم للإزالة المستهدفة لأنواع الأكسجين التفاعلية الناتجة عن نقص التروية - إعادة التروية ، والتي تحللت لاحقا إلى محلول بعد الكسح.

اختارت هذه الدراسة ثلاث استراتيجيات بسيطة وسريعة وقابلة للتعميم لتحضير هيدروجيل الببتيد بناء على التجارب السابقة: (1) طريقة استجابة الأس الهيدروجيني: يتم إذابة الببتيدات في محلول بدرجة حموضة بعيدة عن نقطتها متساوية الكهرباء ، ثم يتم ضبط الأس الهيدروجيني بالقرب من النقطة متساوية الكهرباء. يسمح هذا التغيير لبعض الببتيدات ذاتية التجميع بتكوين ألياف وإنشاء هيدروجيل الببتيد. (2) طريقة إضافة أيونات المعادن: تضاف كاتيونات التنسيق إلى الببتيدات ذاتية التجميع القابلة للذوبان في الماء والسالبة الشحنة. يؤدي استخلاب التنسيق المعدني بين الببتيدات إلى تجميعها الذاتي في الهلاميات المائية. (3) طريقة تبادل المذيبات: يتم إذابة الببتيدات عالية التركيز في المذيبات العضوية ثم يتم تخفيفها إلى مرحلة مائية ، مما يؤدي إلى سلوك الهلام.

البروتوكول

تفاصيل البلازميدات والكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.

1. طريقة استجابة الأس الهيدروجيني

  1. أضف 5 ملغ من ببتيدات ECF-5 إلى 400 ميكرولتر من الماء منزوع الأيونات. صوتنة عند 40 كيلو هرتز لمدة 30 دقيقة واخلطها جيدا.
  2. أضف 40 ميكرولتر من هيدروكسيد الصوديوم (1 متر ، مفلتر من خلال مرشح 0.22 ميكرومتر) إلى محلول الببتيد. دوامة وتخلط جيدا. استمر في الصوتنة لمدة 15 دقيقة حتى يتم توضيح المحلول تماما.
  3. أضف 60 ميكرولتر من حمض الهيدروكلوريك. دوامة بسرعة وضمان الخلط الشامل. اترك الخليط في درجة حرارة الغرفة لأكثر من 30 دقيقة لتسهيل تكوين الهيدروجيل.
    ملاحظة: استبدل الماء منزوع الأيونات بالمحلول العازل المطلوب إذا لزم الأمر. إذا كانت الجسيمات الصلبة كبيرة ، فقم بسحقها مسبقا. Sonicate لتحقيق خليط جسيمات متجانس في السائل. إذا كان الببتيد لا يتحمل الظروف القلوية ، أضف محلول حمض الهيدروكلوريك 1 M أولا وكرر الخطوات المذكورة أعلاه. اضبط كميات الحمض والقاعدة حسب الضرورة للوصول إلى النقطة المتساوية أو الأس الهيدروجيني المطلوب ، مع ضمان الاحتفاظ بخصائص تكوين الهلام.

2. طريقة إضافة أيون المعادن

  1. تحضير المواد
    1. قم بإعداد 0.15 متر من Tris و 0.1 M من المخزن المؤقت كلوريد الصوديوم عند درجة الحموضة 7.4. قم بالتصفية من خلال مرشح 0.22 ميكرومتر وتخزينها في درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى أسبوع واحد.
    2. قم بإعداد محلول الببتيد ذاتي التجميع ECF-5 بتركيز 10 مجم / مل باستخدام المخزن المؤقت المحضر في الخطوة 1.1.1. يذوب عن طريق الصوتنة ويخزن في 4 درجات مئوية.
    3. تحضير محلول كلوريد الكالسيوم 50 مجم / مل باستخدام الماء منزوع الأيونات. يحفظ في درجة حرارة 4 درجات مئوية.
  2. إضافة أيون معدنية الناجم عن تشكيل هيدروجيل الببتيد
    1. أضف 40 ميكرولتر من محلول كلوريد الكالسيوم إلى 460 ميكرولتر من محلول الببتيد ECF-5. دوامة وتخلط جيدا. اترك الخليط في درجة حرارة الغرفة لأكثر من 2 ساعة.
      ملاحظة: تجنب استخدام عازلة الفوسفات ، لأنها قد تؤدي إلى ترسيب أيون الكالسيوم.

3. طريقة تبادل المذيبات

  1. تحضير المواد
    1. يزن 10 مجم من مسحوق ECF-5 المجفف بالتجميد. أضفه إلى 100 ميكرولتر من DMSO. تخلط جيدا باستخدام الموجات فوق الصوتية وتخزينها في 4 درجات مئوية.
    2. قم بإعداد 10 ملي مولار من محلول المخزن المؤقت PBS. التصفية والتعقيم. يحفظ في درجة حرارة 4 درجات مئوية ويستخدم في غضون أسبوع واحد.
  2. تكوين هيدروجيل الببتيد الناجم عن المذيبات
    1. أدخل بسرعة 1 مل من PBS في الببتيد المذاب DMSO. دوامة وتخلط جيدا. اتركه في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق.
    2. أضف 500 ميكرولتر من PBS ، واتركه لمدة 15 دقيقة ، وتخلص من المادة الطافية ، واحتفظ بالجل السفلي. كرر هذه العملية ثلاث مرات لإزالة DMSO.
      ملاحظة: إذا كان DMSO يؤثر على التجارب اللاحقة ، ففكر في إذابة الببتيد بتركيز أعلى من DMSO لتقليل تأثيره.

4. التوصيف الميكانيكي للهيدروجيل

  1. التحليل الريولوجي
    1. يسكب الهيدروجيل على لوح متوازي من الألومنيوم مقاس 25 مم. قم بإجراء تحليل ريولوجي ديناميكي للمسح الزمني للهلاميات المائية الببتيد باستخدام مقياس الريومتر18.
  2. تحليلات اكتساح التردد والإجهاد
    1. إجراء تحليلات التردد واكتساح الإجهاد18 بشكل منهجي باستخدام سلالة خاضعة للرقابة بنسبة 0.3٪ وتردد 10 راد / ثانية. تأكد من ضبط التحكم في درجة الحرارة على 25 درجة مئوية.

5. توصيف مجهر القوة الذرية (AFM) لمورفولوجيا الألياف

  1. تحضير المواد
    1. تحضير محلول من 95٪ إيثانول وإضافة 5٪ APTES. يحفظ في درجة حرارة -20 درجة مئوية ويستخدم في غضون شهر واحد.
    2. ضع مادة لاصقة على الوجهين لإزالة طبقة من الميكا. قم بلصق أسطح الميكا باستخدام محلول APTES واتركها لمدة 5 دقائق. اشطفيه جيدا بالماء النقي قبل الاستخدام.
    3. خفف واخلط الهيدروجيل جيدا. قم بإسقاطه على سطح الميكا المعدل واترك الامتصاص الساكن لمدة 5 دقائق. اشطف السطح بالماء النقي وجففه قبل الاستخدام.
  2. طريقة الكشف
    1. استخدم AFM متعدد الأوضاع مزود بماسح ضوئي لفحص ألياف الببتيد أو أشكال الهيدروجيل. استخدم ناتئ السيليكون بثابت زنبركي اسمي يبلغ 48 نيوتن / م.
    2. قم بتهيئة الأداة لوضع الإبرة. حدد وضع النقر لمسح العينة ضوئيا للحصول على الصور.

النتائج

تتيح الطرق الثلاث الموضحة في هذه المقالة لإعداد الهلاميات المائية الببتيد إنتاجا سريعا وبأسعار معقولة ومباشرا. ترتبط وظيفة الهيدروجيل بتسلسل الببتيد. هنا ، يتم استخدام ببتيد ECF-5 كمثال تمثيلي لإثبات خصائصه الفيزيائية ، بما في ذلك التشكل المجهري والخصائص الميكانيكية.

كما هو موضح في الشكل 1 أ والشكل التكميلي 1 ، يحتوي ببتيد ECF-5 على تسلسل يشبه الجلوتاثيون وتسلسل ثنائي الببتيد فينيل ألانيل ، مما يمنحه خصائص مختزلة للجلوتاثيون والقدرة على التجميع الذاتي. تم إذابة ببتيد ECF-5 مسبقا في DMSO ثم خلطه بسرعة بمحلول مائي. في هذه المرحلة ، خضع الببتيد للتجميع الذاتي السريع ، وشكل هلام صلب في غضون دقائق. عندما يتجاوز تركيز الببتيد النهائي 1٪ ، يمكن التقاط الجل بالملاقط.

كشف التصوير المجهري للقوة الذرية (AFM) لسطح الهلام عن شبكة من العديد من ألياف الببتيد ذات المسام الكثيفة التي تحبس الماء. عند التخفيف ، يعرض مورفولوجيا الألياف الفردية ، كما هو موضح في الشكل 1D ، ارتفاعا يبلغ حوالي 3.5 نانومتر ، مما يشكل نطاقات ألياف أوسع متسقة للغاية. هذا يتوافق مع مورفولوجيا الألياف التي لوحظت في شبكة الهلام. بالإضافة إلى ذلك ، في ظل الظروف المحايدة ، يمكن لأيونات معدن الكالسيوم أيضا أن تحفز الببتيد على تكوين هيدروجيل ، على الرغم من أن هذه العملية أبطأ نسبيا وتؤدي إلى هلام أكثر ليونة.

يتضح السلوك العياني للهلاميات المائية المحضرة باستخدام الطرق الثلاث - استجابة الأس الهيدروجيني ، وإضافة المعادن ، وتبادل المذيبات - في الشكل 2 أ. بالمقارنة مع الماء منزوع الأيونات ، أظهرت جميع الهلاميات المائية خصائص شبه صلبة. يستخدم علم الريولوجيا بشكل شائع للتمييز بين الهلاميات المائية والفولس.

تمت مقارنة اللزوجة العيانية للهلاميات المائية ECF-5 التي تم الحصول عليها من خلال طرق الهلام الثلاث هذه باستخدام التقنيات الانسيابية. كما هو موضح في الشكل 2 ، أظهر الهيدروجيل ECF-5 خاصية مرونة اللزوجة للهلاميات المائية النموذجية. عند سلالة 0.3٪ ، يتم تصوير العلاقة بين معامل التخزين (G') ومعامل الخسارة (G'') عند ترددات مختلفة. أظهر الهيدروجيل ECF-5 ارتباطا ضعيفا بالتردد. كان معامل التخزين (G') للهلاميات المائية التي تم الحصول عليها بالطرق الثلاث حوالي 10 كيلو باسكال ، وهو أكبر بحوالي 10 مرات من معامل الخسارة (G'') وأظهر خصائص هيدروجيل شبه صلبة نموذجية (الشكل 2 ب). يشير هذا إلى أن الهلاميات المائية ECF-5 ، بغض النظر عن طريقة التحضير ، تظهر مرونة لزوجة هيدروجيل نموذجية.

أظهرت مخططات معامل التخزين (G') ومعامل الخسارة (G'') مقابل مستوى الإجهاد عند 10 راديوان / ثانية (الشكل 2C) أن كلا من G 'و G ' ظلوا ثابتين تقريبا على نطاق الإجهاد من 0.1٪ إلى 10٪ ، مع كون G 'أعلى بحوالي 10 مرات من G '. يشير هذا إلى أن الهلاميات المائية ECF-5 هي هلاميات مائية لزجة نموذجية قادرة على تحمل الإجهاد.

figure-results-1
الشكل 1: الهلاميات المائية الببتيد ECF-5. (أ) التركيب الكيميائي ل ECF-5. (ب) مورفولوجيا عيانية لهيدروجيل الببتيد ECF-5 بتركيز 1٪. (ج) البنية المجهرية لسطح الهيدروجيل. (د) التشكل المجهري لألياف الببتيد ECF-5. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: التشكل العياني والتوصيف الريولوجي للهلاميات المائية. (أ) مورفولوجيا الهلاميات المهيدروجينية في ظل ثلاثة ظروف هيدروجيل مستحثة مختلفة ، وكلها بتركيز نهائي من ببتيد ECF-5 يبلغ 3 مجم / مل. اعتماد التردد (B) والإجهاد (B) لمعامل التخزين (G') ومعامل الخسارة (G') للهيدروجيل ECF-5 في ظل ثلاثة ظروف تحريضية بتركيز 1٪. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل التكميلي 1: تحليل LC-MS للببتيد ECAFF. (أ) الذروة في وقت الاستبقاء البالغ 13.238 دقيقة هي ذروة المنتج. تمت مراقبة شطف العمود عند 220 نانومتر ومعدل تدفق 1 مل / دقيقة مع 0.1٪ حمض ثلاثي فلورو أسيتيك في 100٪ أسيتونيتريل. عائد ECF-5 هو 97.33٪. (ب) يؤكد قياس الطيف الكتلي ESI / الكتلة أن الوزن الجزيئي ل ECF-5 هو 616.1. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

في العقود القليلة الماضية ، بعد اكتشاف تسلسل الببتيد ذاتي التجميع المشتق من بروتينات الأميلويد ، تم تصميم العديد من الببتيدات ذاتية التجميع بناء على خصائصها ، مما يدل على إمكانات كبيرة للتطبيقات في الطب الحيوي وعلومالمواد 19. أظهرت الهلاميات المائية الببتيدية قدرات وظيفية حيوية فريدة في زراعة الأنسجة وتوصيل الأدوية وعلاجالأورام 20.

توضح هذه المقالة طرق تحضير بسيطة وسريعة لثلاثة أنواع من الهلاميات المائية للببتيد: استجابة الأس الهيدروجيني ، وإضافة أيونات المعادن ، وتبادل المذيبات. تولد الببتيدات ذاتية التجميع تفاعلات مختلفة غير تساهمية بناء على خصائص تسلسلها ، مع كون التفاعلات الكارهة للماء هي القوة السائدة ، تليها التفاعلات الكهروستاتيكية. تؤدي هذه التفاعلات إلى خصائص التجميع الذاتي المختلفة وتعزز الانتقال من حالة قابلة للذوبان إلى حالة غير قابلة للذوبان. على سبيل المثال ، تحتوي كل من الأحماض الأمينية والببتيدات على نقاط متساوية كهربية محددة تكون فيها قابليتها للذوبان في الحد الأدنى. عندما ينحرف الرقم الهيدروجيني بشكل كبير عن نقطته متساوية الكهرباء ، تزداد قابليتها للذوبان ، مما يتيح التجميع الذاتي. وبالتالي ، فإن ضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول يمكن أن يؤدي إلى التجميع الذاتي لبعض الببتيدات13. ومع ذلك ، فإن الببتيدات ذات النقاط متساوية الكهرباء القطبية العالية قد تظهر هياكل غير مستقرة وتكون عرضة للإزالة من التآكل أو التحلل المائي.

في تكوين الهلاميات المائية الببتيد التي تسببها أيونات المعادن ، تحتوي الببتيدات عادة على أحماض أمينية سالبة الشحنة مثل حمض الجلوتاميك وحمض الأسبارتيك. يمكن أن تتصل هذه الببتيدات باستخدام أيونات المعادن كجسور تحت تأثير أيونات المعادن ثنائية التكافؤ ، وبالتالي تؤدي إلى التجميع الذاتي. بدلا من ذلك ، يمكن للببتيدات التي تحتوي على بقايا الهيستيدين أن تشكل روابط تنسيق مع بعض الكاتيونات المعدنية ثنائية التكافؤ ، مما يؤدي إلى التجميع الذاتي. تسهل أيونات المعادن التجميع الذاتي للببتيد عن طريق تقليل التنافر الكهروستاتيكي بين الببتيدات وتعزيز جاذبيتها المتبادلة ، مما يؤدي إلى تكوين الهلاميات المائية الببتيد14. في حين أن هذه الطريقة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب أيونات معدنية معينة ، إلا أنها قد لا تكون ضرورية في معظم الظروف الفسيولوجية ، ولا يمكن إزالة أيونات المعادن بسهولة.

يتم إذابة بعض الببتيدات شديدة الكارهة للماء أولا في مذيبات عضوية قابلة للذوبان في الماء ثم تضاف إلى مرحلة مائية غير قابلة للذوبان في الأصل لتشكيل الهلاميات المائية الببتيد بسرعة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون للعديد من المذيبات العضوية آثار ضارة على التطبيقات البيولوجية ، خاصة عند التركيزات العالية. يتم تطبيق الطرق الموضحة هنا على وجه التحديد على الببتيدات ذاتية التجميع. تم تصميم الببتيدات بناء على آليات التحفيز المذكورة أعلاه لتحقيق الوظائف البيولوجية المرغوبة مع تقليل الآثار الضارة.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 11674344 و 22201026) وبرنامج البحث الرئيسي للعلوم الحدودية ، CAS (رقم المنحة QYZDJ-SSW-SLH019).

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
3-أمينوبروبيل) ثلاثي إيثوكسي سيلانعلاء الدينA107147/
مجهر القوة الذريةبروكرمتعدد الأوضاع النانو VIII/
CaCl 2< / sub>علاء الدينC290953 /
ثنائي فينيل ألانين (FF) الببتيدالصينينقاء قابل للتخصيص> 95٪
DMSOسيجما ألدريتش34869/
ECF-5 الببتيدات تسلسلالببتيدالصيني: نقاء ECAFF> 95٪
حمض الهيدروكلوريكعلاءالدين H399657  ؛/
ميكاسيجما ألدريتشAFM-71856-02/
فوسفات محلول ملحيمخزن علاء الدينP492453/
مقياس الريومترأنطون بار GmbHMCR302/
ناتئ السيليكونMikroMaschXSC11/
كلوريد الصوديومعلاءالدين C111549/
هيدروكسيد الصوديومعلاءالدين S140903/
تريس هيدروكلوريدعلاء الدينT431531/

المراجع

  1. Whitesides, G. M., Mathias, J. P., Seto, C. T. Molecular self-assembly and nanochemistry: a chemical strategy for the synthesis of nanostructures. Science. 254 (5036), 1312-1319 (1991).
  2. Matson, J. B., Zha, R. H., Stupp, S. I. Peptide self-assembly for crafting functional biological materials. Curr Opin Solid State Mater Sci. 15 (6), 225-235 (2011).
  3. Itzha, G., et al. Peptide self-assembly as a strategy for facile immobilization of redox enzymes on carbon electrodes. Carbon Energy. 5 (11), e411(2023).
  4. Rosa, E., et al. Incorporation of PEG diacrylates (PEGDA) generates hybrid Fmoc-FF hydrogel matrices. Gels. 8 (12), 831(2022).
  5. Balasco, N., et al. Self-assembled materials based on fully aromatic peptides: The impact of tryptophan, tyrosine, and dopa residues. Langmuir. 40 (2), 1470-1486 (2024).
  6. Bolan, F., et al. Intracerebral administration of a novel self-assembling peptide hydrogel is safe and supports cell proliferation in experimental intracerebral haemorrhage. Transl Stroke Res. , (2023).
  7. Tsutsumi, H., et al. Osteoblastic differentiation on hydrogels fabricated from Ca2+ responsive self-assembling peptides functionalized with bioactive peptides. Bioorg Med Chem. 26 (12), 3126-3132 (2018).
  8. Li, S., et al. Self-assembled peptide hydrogels in regenerative medicine. Gels. 9 (8), 653(2023).
  9. Guan, T., Li, J., Chen, C., Liu, Y. Self-assembling peptide-based hydrogels for wound tissue repair. Adv Sci. 9 (10), e2104165(2022).
  10. La, M. S., Di, N. C., Onesto, V., Marasco, D. Self-assembling peptides: From design to biomedical applications. Int J Mol Sci. 22 (23), 12662(2021).
  11. Gao, Y., et al. Advances in self-assembled peptides as drug carriers. Pharmaceutics. 15 (2), 482(2023).
  12. Zhang, J., et al. Injectable and pH-responsive self-assembled peptide hydrogel for promoted tumor cell uptake and enhanced cancer chemotherapy. Biomater Sci. 10 (3), 854-862 (2022).
  13. Shen, Z., et al. Biomembrane induced in situ self-assembly of peptide with enhanced antimicrobial activity. Biomater Sci. 8 (7), 2031-2039 (2020).
  14. Shao, T., Falcone, N., Kraatz, H. B. Supramolecular peptide gels: Influencing properties by metal ion coordination and their wide-ranging applications. ACS Omega. 5 (3), 1312-1317 (2020).
  15. Abul-Haija, Y. M., et al. Cooperative, ion-sensitive co-assembly of tripeptide hydrogels. Chem Commun. 53 (69), 9562-9565 (2017).
  16. Tao, M., et al. Zinc-ion-mediated self-assembly of forky peptides for prostate cancer-specific drug delivery. Chem Commun. 54 (37), 4673-4676 (2018).
  17. Apostolopoulos, V., et al. A Global review on short peptides: Frontiers and perspectives. Molecules. 26 (2), 430(2021).
  18. Zhang, R. S. T., et al. Rheological characterization and mechanical properties of self-assembled peptide hydrogels. Soft Matter. 15 (11), 2370-2380 (2019).
  19. Li, T., et al. Peptide-based nanomaterials: Self-assembly, properties and applications. Bioact Mater. 11, 268-282 (2021).
  20. Sedighi, M., et al. Multifunctional self-assembled peptide hydrogels for biomedical applications. Polymers (Basel). 15 (5), 1160(2023).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

ECF 5
تحضير الهلاميات المائية الببتيدات ذاتية التجميع المستقرة ميكانيكيا
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.