Name: Preparación de hidrogeles de péptidos autoensamblados mecánicamente estables (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 24 s
Description: Aprende a preparar hidrogeles de péptidos autoensamblados con estabilidad mecánica mediante condiciones ambientales. Este método permite caracterizar propiedades mecánicas y explorar aplicaciones biomédicas avanzadas.

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<meta charset="utf8"></head><body> Hidrogeles peptídicos: métodos para la gelificación ambientalmente sensible de 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>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>
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<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-aminopropil)trietoxisilano</td><td>Aladdin</td><td>A107147</td><td>/</td></tr><tr><td>Microscopía de fuerza atómica</td><td>Nanoscopio multimodo Bruker VIII</td><td>/</td><td></td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Aladdin</td><td>C290953</td><td>/</td></tr><tr><td>Difenilalanina (FF)</td><td>Péptido chino</td><td>personalizable</td><td>Pureza > 95%</td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma-aldrich</td><td>34869</td><td>/ </td></tr><tr><td>Péptidos ECF-5</td><td>Secuencia de péptidos chinos</td><td>: Pureza ECAFF</td><td>> 95%</td></tr> <tr><td>Ácido clorhídrico</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>Solución salina tamponada con fosfato</td><td>Aladdin</td><td>P492453</td><td>/</td></tr><tr><td>Reómetro</td><td>Anton Paar GmbH</td><td>MCR302</td><td>/</td></tr><tr><td>Voladizos de silicio</td><td>MikroMasch</td><td>XSC11</td><td>/</td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Aladdin</td><td>C111549</td><td>/</td></tr><tr><td>Hidróxido de sodio</td><td>Aladdin</td><td>S140903</td><td>/ </td></tr><tr><td>Clorhidrato TRIS</td><td>Aladdin</td><td>T431531</td><td>/</td></tr></tbody></table>

preparación de hidrogeles de péptidos autoensamblados mecánicamente estables

Preparation of Mechanically Stable Self-Assembled Peptides Hydrogels

Los tres métodos descritos en este artículo para preparar hidrogeles peptídicos permiten una producción rápida, asequible y sencilla. La función del hidrogel está relacionada con su secuencia peptídica. Aquí, el péptido ECF-5 se utiliza como ejemplo representativo para demostrar sus características físicas, incluida la morfología microscópica y las propiedades mecánicas.
Como se muestra en la Figura 1A y en la Figura 1 suplementaria, el péptido ECF-5 contiene una secuencia similar al glutatión y una secuencia de dipéptido de fenilalanilo, que lo dotan de las propiedades reductoras del glutatión y la capacidad de autoensamblarse. El péptido ECF-5 se disolvió previamente en DMSO y luego se mezcló rápidamente con una solución acuosa. En esta etapa, el péptido se sometió a un rápido autoensamblaje, formando un gel sólido en cuestión de minutos. Cuando la concentración final del péptido supera el 1%, el gel se puede recoger con pinzas.
Las imágenes de microscopía de fuerza atómica (AFM) de la superficie del gel revelaron una red de numerosas fibras de péptidos con poros densos que atrapan el agua. Tras la dilución, la morfología de las fibras individuales, como se muestra en la Figura 1D, muestra una altura de aproximadamente 3,5 nm, formando bandas de fibras más anchas altamente consistentes. Esto es consistente con la morfología de la fibra observada en la red de gel. Además, en condiciones neutras, los iones metálicos de calcio también pueden inducir al péptido a formar un hidrogel, aunque este proceso es relativamente más lento y da como resultado un gel más suave.
El comportamiento macroscópico de los hidrogeles preparados utilizando los tres métodos: respuesta de pH, adición de metal e intercambio de solventes, se ilustra en la Figura 2A. En comparación con el agua desionizada, todos los hidrogeles exhibieron propiedades semisólidas. La reología se usa comúnmente para diferenciar los hidrogeles de los soles.
La viscoelasticidad macroscópica de los hidrogeles ECF-5 obtenidos a través de estos tres métodos de gelificación se comparó mediante técnicas reológicas. Como se muestra en la Figura 2, el hidrogel ECF-5 exhibió la viscoelasticidad característica de los hidrogeles típicos. A una deformación del 0,3%, se representa la relación entre el módulo de almacenamiento (G') y el módulo de pérdida (G'') a diferentes frecuencias. El hidrogel ECF-5 mostró una correlación débil con la frecuencia. El módulo de almacenamiento (G') de los hidrogeles obtenidos por los tres métodos fue de aproximadamente 10 kPa, que es aproximadamente 10 veces mayor que el módulo de pérdida (G'') y demostró propiedades típicas de hidrogeles semisólidos (Figura 2B). Esto indica que los hidrogeles ECF-5, independientemente del método de preparación, exhiben una viscoelasticidad típica del hidrogel.
Los gráficos del módulo de almacenamiento (G') y el módulo de pérdida (G'') frente al nivel de deformación a 10 rad/s (Figura 2C) mostraron que tanto G' como G' permanecieron casi constantes en el rango de deformación de 0,1% a 10%, siendo G' aproximadamente 10 veces mayor que G''. Esto sugiere que los hidrogeles ECF-5 son hidrogeles viscoelásticos típicos capaces de soportar el estrés.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig01.jpg"> Figura 1: Hidrogeles peptídicos ECF-5. (A) Estructura química de ECF-5. (B) Morfología macroscópica del hidrogel peptídico ECF-5 a una concentración del 1%. (C) Microestructura de la superficie del hidrogel. (D) Morfología microscópica de las fibras peptídicas ECF-5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig02.jpg"> Figura 2: Morfología macroscópica y caracterización reológica de hidrogeles. (A) Morfología macroscópica de hidrogeles bajo tres condiciones diferentes de hidrogel inducido, todos con una concentración final de péptido ECF-5 de 3 mg/mL. Dependencia de la frecuencia (B) y la deformación (B) del módulo de almacenamiento (G') y del módulo de pérdida (G'') del hidrogel ECF-5 en tres condiciones de inducción a una concentración del 1%. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Figura complementaria 1: Análisis LC-MS del péptido ECAFF. (A) El pico en el tiempo de retención de 13.238 min es el pico del producto. El eluido de la columna se monitorizó a 220 nm y un caudal de 1 mL/min con ácido trifluoroacético al 0,1% en acetonitrilo al 100%. El rendimiento de ECF-5 es del 97,33%. (B) ESI/espectrometría de masas confirma que el peso molecular de ECF-5 es 616.1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>

Preparación de hidrogeles de péptidos autoensamblados mecánicamente estables

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

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Investigación

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