Name: Herstellung von mechanisch stabilen selbstorganisierten Peptiden, Hydrogelen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 24 s
Description: Erfahren Sie Methoden zur Herstellung mechanisch stabiler Peptidhydrogel durch Selbstassemblierung unter Umweltbedingungen. Diese Technik ermöglicht biomedizinische Anwendungen mit verbesserter Biokompatibilität.

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<meta charset="utf8"></head><body> Peptid-Hydrogele: Methoden zur umweltverträglichen Gelierung von ECF-5

<ol><li>Whitesides, G. M., Mathias, J. P., Seto, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+self-assembly+and+nanochemistry%3A+a+chemical+strategy+for+the+synthesis+of+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular self-assembly and nanochemistry: a chemical strategy for the synthesis of nanostructures.</a> Science. 254 (5036), 1312-1319 (1991).</li>
<li>Matson, J. B., Zha, R. H., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptide+self-assembly+for+crafting+functional+biological+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Solid+State+Mater+Sci%22%5BJournal%5D)">Peptide self-assembly for crafting functional biological materials.</a> Curr Opin Solid State Mater Sci. 15 (6), 225-235 (2011).</li>
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<li>Rosa, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+PEG+diacrylates+%28PEGDA%29+generates+hybrid+Fmoc-FF+hydrogel+matrices%5BTitle%5D)+AND+%22Gels%22%5BJournal%5D)">Incorporation of PEG diacrylates (PEGDA) generates hybrid Fmoc-FF hydrogel matrices.</a> Gels. 8 (12), 831(2022).</li>
<li>Balasco, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+materials+based+on+fully+aromatic+peptides%3A+The+impact+of+tryptophan%2C+tyrosine%2C+and+dopa+residues%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Self-assembled materials based on fully aromatic peptides: The impact of tryptophan, tyrosine, and dopa residues.</a> Langmuir. 40 (2), 1470-1486 (2024).</li>
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<li>Li, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+peptide+hydrogels+in+regenerative+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Gels%22%5BJournal%5D)">Self-assembled peptide hydrogels in regenerative medicine.</a> Gels. 9 (8), 653(2023).</li>
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<li>La, M. S., Di, N. C., Onesto, V., Marasco, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembling+peptides%3A+From+design+to+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Sci%22%5BJournal%5D)">Self-assembling peptides: From design to biomedical applications.</a> Int J Mol Sci. 22 (23), 12662(2021).</li>
<li>Gao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+self-assembled+peptides+as+drug+carriers%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Advances in self-assembled peptides as drug carriers.</a> Pharmaceutics. 15 (2), 482(2023).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injectable+and+pH-responsive+self-assembled+peptide+hydrogel+for+promoted+tumor+cell+uptake+and+enhanced+cancer+chemotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater+Sci%22%5BJournal%5D)">Injectable and pH-responsive self-assembled peptide hydrogel for promoted tumor cell uptake and enhanced cancer chemotherapy.</a> Biomater Sci. 10 (3), 854-862 (2022).</li>
<li>Shen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomembrane+induced+in+situ+self-assembly+of+peptide+with+enhanced+antimicrobial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater+Sci%22%5BJournal%5D)">Biomembrane induced in situ self-assembly of peptide with enhanced antimicrobial activity.</a> Biomater Sci. 8 (7), 2031-2039 (2020).</li>
<li>Shao, T., Falcone, N., Kraatz, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supramolecular+peptide+gels%3A+Influencing+properties+by+metal+ion+coordination+and+their+wide-ranging+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Omega%22%5BJournal%5D)">Supramolecular peptide gels: Influencing properties by metal ion coordination and their wide-ranging applications.</a> ACS Omega. 5 (3), 1312-1317 (2020).</li>
<li>Abul-Haija, Y. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cooperative%2C+ion-sensitive+co-assembly+of+tripeptide+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Cooperative, ion-sensitive co-assembly of tripeptide hydrogels.</a> Chem Commun. 53 (69), 9562-9565 (2017).</li>
<li>Tao, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zinc-ion-mediated+self-assembly+of+forky+peptides+for+prostate+cancer-specific+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Zinc-ion-mediated self-assembly of forky peptides for prostate cancer-specific drug delivery.</a> Chem Commun. 54 (37), 4673-4676 (2018).</li>
<li>Apostolopoulos, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Global+review+on+short+peptides%3A+Frontiers+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Molecules%22%5BJournal%5D)">A Global review on short peptides: Frontiers and perspectives.</a> Molecules. 26 (2), 430(2021).</li>
<li>Zhang, R. S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rheological+characterization+and+mechanical+properties+of+self-assembled+peptide+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Rheological characterization and mechanical properties of self-assembled peptide hydrogels.</a> Soft Matter. 15 (11), 2370-2380 (2019).</li>
<li>Li, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptide-based+nanomaterials%3A+Self-assembly%2C+properties+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Bioact+Mater%22%5BJournal%5D)">Peptide-based nanomaterials: Self-assembly, properties and applications.</a> Bioact Mater. 11, 268-282 (2021).</li>
<li>Sedighi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+self-assembled+peptide+hydrogels+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Polymers+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Multifunctional self-assembled peptide hydrogels for biomedical applications.</a> Polymers (Basel). 15 (5), 1160(2023).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>3-Aminopropyl)triethoxysilan</td><td>Aladdin</td><td>A107147</td><td>/</td></tr><tr><td>Rasterkraftmikroskopie</td><td>Bruker</td><td>Multimode-Nanoskop VIII</td><td>/</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Aladdin</td><td>C290953</td><td>/</td></tr><tr><td>Diphenylalanin (FF)</td><td>Chinesisches Peptid</td><td>anpassbar</td><td>Reinheit > 95%</td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma-aldrich</td><td>34869</td><td>/ </td></tr><tr><td>ECF-5 Peptide</td><td>Chinesische Peptidsequenz</td><td>: ECAFF</td><td>Reinheit > 95%</td></tr> <tr><td>Salzsäure</td><td>Aladdin</td><td>H399657&nbsp;</td><td>/</td></tr><tr><td>Mica</td><td>Sigma-aldrich</td><td>AFM-71856-02</td><td>/</td></tr><tr><td>Phosphatgepufferte Kochsalzlösung</td><td>Aladdin</td><td>P492453</td><td>/</td></tr><tr><td>Rheometer</td><td>Anton Paar GmbH</td><td>MCR302</td><td>/</td></tr><tr><td>Silizium-Cantilevers</td><td>MikroMasch</td><td>XSC11</td><td>/</td></tr><tr><td>Natriumchlorid</td><td>Aladdin</td><td>C111549</td><td>/</td></tr><tr><td>Natriumhydroxid</td><td>Aladdin</td><td>S140903</td><td>/ </td></tr><tr><td>TRIS Hydrochlorid</td><td>Aladdin</td><td>T431531</td><td>/</td></tr></tbody></table>

herstellung von mechanisch stabilen selbstorganisierten peptiden, hydrogelen

Preparation of Mechanically Stable Self-Assembled Peptides Hydrogels

Die drei in diesem Artikel beschriebenen Methoden zur Herstellung von Peptid-Hydrogelen ermöglichen eine schnelle, kostengünstige und unkomplizierte Produktion. Die Funktion des Hydrogels hängt mit seiner Peptidsequenz zusammen. Hier wird das ECF-5-Peptid als repräsentatives Beispiel verwendet, um seine physikalischen Eigenschaften, einschließlich der mikroskopischen Morphologie und der mechanischen Eigenschaften, zu demonstrieren.
Wie in Abbildung 1A und ergänzender Abbildung 1 gezeigt, enthält das ECF-5-Peptid eine Glutathion-ähnliche Sequenz und eine Phenylalanyl-Dipeptidsequenz, die ihm die reduzierenden Eigenschaften von Glutathion und die Fähigkeit zur Selbstorganisation verleihen. Das ECF-5-Peptid wurde in DMSO vorgelöst und dann schnell mit einer wässrigen Lösung vermischt. In diesem Stadium durchlief das Peptid eine schnelle Selbstorganisation und bildete innerhalb von Minuten ein festes Gel. Wenn die endgültige Peptidkonzentration 1 % überschreitet, kann das Gel mit einer Pinzette aufgenommen werden.
Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) der Geloberfläche zeigte ein Netzwerk aus zahlreichen Peptidfasern mit dichten Poren, die Wasser einschließen. Nach der Verdünnung zeigt die Morphologie der einzelnen Fasern, wie in Abbildung 1D gezeigt, eine Höhe von etwa 3,5 nm und bildet sehr konsistente breitere Faserbanden. Dies stimmt mit der Fasermorphologie überein, die im Gelnetzwerk beobachtet wurde. Darüber hinaus können Kalziummetallionen unter neutralen Bedingungen das Peptid auch dazu bringen, ein Hydrogel zu bilden, obwohl dieser Prozess relativ langsamer abläuft und zu einem weicheren Gel führt.
Das makroskopische Verhalten von Hydrogelen, die mit den drei Methoden - pH-Reaktion, Metallzugabe und Lösungsmittelaustausch - hergestellt wurden, ist in Abbildung 2A dargestellt. Im Vergleich zu deionisiertem Wasser wiesen alle Hydrogele halbfeste Eigenschaften auf. Die Rheologie wird häufig verwendet, um Hydrogele von Sole zu unterscheiden.
Die makroskopische Viskoelastizität von ECF-5-Hydrogelen, die durch diese drei Gelierungsmethoden erhalten wurden, wurde mit rheologischen Techniken verglichen. Wie in Abbildung 2 gezeigt, wies das ECF-5-Hydrogel die für typische Hydrogele charakteristische Viskoelastizität auf. Bei einer Dehnung von 0,3 % wird das Verhältnis zwischen dem Speichermodul (G'') und dem Verlustmodul (G'') bei unterschiedlichen Frequenzen dargestellt. Das ECF-5-Hydrogel zeigte eine schwache Korrelation mit der Häufigkeit. Der Speichermodul (G') von Hydrogelen, die mit den drei Methoden erhalten wurden, betrug etwa 10 kPa, was etwa 10-mal größer ist als der Verlustmodul (G'') und typische halbfeste Hydrogeleigenschaften aufweist (Abbildung 2B). Dies deutet darauf hin, dass ECF-5-Hydrogele, unabhängig von der Herstellungsmethode, eine typische Hydrogel-Viskoelastizität aufweisen.
Diagramme des Speichermoduls (G') und des Verlustmoduls (G'') über den Dehnungspegel bei 10 rad/s (Abbildung 2C) zeigten, dass sowohl G' als auch G'' über den Dehnungsbereich von 0,1 % bis 10 % nahezu konstant blieben, wobei G' etwa 10-mal höher war als G''. Dies deutet darauf hin, dass es sich bei den ECF-5-Hydrogelen um typische viskoelastische Hydrogele handelt, die in der Lage sind, Belastungen standzuhalten.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig01.jpg"> Abbildung 1: ECF-5-Peptid-Hydrogele. (A) Chemische Struktur von ECF-5. (B) Makroskopische Morphologie von ECF-5-Peptidhydrogel in einer Konzentration von 1 %. (C) Mikrostruktur der Hydrogeloberfläche. (D) Mikroskopische Morphologie von ECF-5-Peptidfasern. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig02.jpg"> Abbildung 2: Makroskopische Morphologie und rheologische Charakterisierung von Hydrogelen. (A) Makroskopische Morphologie von Hydrogelen unter drei verschiedenen induzierten Hydrogelbedingungen, alle mit einer Endkonzentration des ECF-5-Peptids von 3 mg/ml. Abhängigkeit von Frequenz (B) und Dehnung (B) des Speichermoduls (G') und des Verlustmoduls (G'') von ECF-5-Hydrogel unter drei Induktionsbedingungen bei einer Konzentration von 1 %. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Ergänzende Abbildung 1: LC-MS-Analyse des Peptids ECAFF. (A) Der Peak bei der Retentionszeit von 13,238 min ist der Produktpeak. Das Säuleneluat wurde bei 220 nm und einer Flussrate von 1 ml/min mit 0,1 % Trifluoressigsäure in 100 % Acetonitril überwacht. Die ECF-5-Rendite beträgt 97,33 %. (B) Die ESI/Massenspektrometrie bestätigt, dass das Molekulargewicht von ECF-5 616,1 beträgt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

Herstellung von mechanisch stabilen selbstorganisierten Peptiden, Hydrogelen

Peptide hydrogels are highly hydrophilic, three-dimensional network gels formed by the self-assembly of nanofibers or polymers, creating water-locking ...

preparation-of-mechanically-stable-self-assembled-peptides-hydrogels

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Forschung

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Biochemistry

Biochemie

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Mikrowellen-unterstützte Funktionalisierung von Poly (Ethylenglycol) und On-Harz Peptide zur Verwendung in Kettenpolymerisationen und Hydrogelierung

Dieses Papier beschreibt die Bildung von hochgeordnete Strukturen auf Peptid-Basis durch die spontane Prozeß der Selbstorganisation. Das Verfahren nutzt Handel befindlichen Peptiden und gemeinsame Laborgeräte. Diese Technik kann auf eine Vielzahl von Peptiden angewendet werden und kann auf die Entdeckung von neuen Peptid-basierten Anordnungen führen.

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Erfahren Sie Methoden zur Herstellung mechanisch stabiler Peptidhydrogel durch Selbstassemblierung unter Umweltbedingungen. Diese Technik ermöglicht biomedizinische Anwendungen mit verbesserter Biokompatibilität.

Herstellung von mechanisch stabilen selbstorganisierten Peptiden, Hydrogelen

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