Name: Préparation d’hydrogels de peptides auto-assemblés mécaniquement stables (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 24 s
Description: Découvrez la préparation d'hydrogels de peptides auto-assemblés mécaniquement stables par déclenchement environnemental. Cette méthode permet de caractériser leurs propriétés mécaniques pour des applications biomédicales.

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<meta charset="utf8"></head><body> Hydrogels peptidiques : méthodes de gélification respectueuse de l’environnement de l’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>
<li>Itzha, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptide+self-assembly+as+a+strategy+for+facile+immobilization+of+redox+enzymes+on+carbon+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon+Energy%22%5BJournal%5D)">Peptide self-assembly as a strategy for facile immobilization of redox enzymes on carbon electrodes.</a> Carbon Energy. 5 (11), e411(2023).</li>
<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>
<li>Bolan, F., et al. Intracerebral administration of a novel self-assembling peptide hydrogel is safe and supports cell proliferation in experimental intracerebral haemorrhage. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBolan%2C+F+%22Transl+Stroke+Res%22">Transl Stroke Res</a>. , (2023).</li>
<li>Tsutsumi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoblastic+differentiation+on+hydrogels+fabricated+from+Ca2%2B+responsive+self-assembling+peptides+functionalized+with+bioactive+peptides%5BTitle%5D)+AND+%22Bioorg+Med+Chem%22%5BJournal%5D)">Osteoblastic differentiation on hydrogels fabricated from Ca2+ responsive self-assembling peptides functionalized with bioactive peptides.</a> Bioorg Med Chem. 26 (12), 3126-3132 (2018).</li>
<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>
<li>Guan, T., Li, J., Chen, C., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembling+peptide-based+hydrogels+for+wound+tissue+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">Self-assembling peptide-based hydrogels for wound tissue repair.</a> Adv Sci. 9 (10), e2104165(2022).</li>
<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)triethoxysilane</td><td>Aladdin</td><td>A107147</td><td>/</td></tr><tr><td>Microscopie à force atomique</td><td>Bruker</td><td>Nanoscope multimode VIII</td><td>/</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Aladdin</td><td>C290953</td><td>/</td></tr><tr><td>Diphénylalanine (FF)</td><td>Peptide chinois</td><td>personnalisable</td><td>Pureté > 95 %</td></tr> <tr><td>DMSO</td><td>Sigma-aldrich</td><td>34869</td><td>/ </td></tr><tr><td>ECF-5 Peptides</td><td>Séquence de peptides chinois</td><td>: ECAFF</td><td>Pureté > 95</td></tr> % <tr><td>Acide chlorhydrique</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>Saline tamponnée au phosphate</td><td>Aladdin</td><td>P492453</td><td>/</td></tr><tr><td>Rhéomètre</td><td>Anton Paar GmbH</td><td>MCR302</td><td>/</td></tr><tr><td>Porte-à-faux en silicium</td><td>MikroMasch</td><td>XSC11</td><td>/</td></tr><tr><td>Chlorure de sodium</td><td>Aladdin</td><td>C111549</td><td>/</td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>Aladdin</td><td>S140903</td><td>/ </td></tr><tr><td>TRIS Chlorhydrate</td><td>Aladdin</td><td>T431531</td><td>/</td></tr></tbody></table>

préparation d’hydrogels de peptides auto-assemblés mécaniquement stables

Preparation of Mechanically Stable Self-Assembled Peptides Hydrogels

Les trois méthodes décrites dans cet article pour préparer des hydrogels peptidiques permettent une production rapide, abordable et simple. La fonction de l’hydrogel est liée à sa séquence peptidique. Ici, le peptide ECF-5 est utilisé comme exemple représentatif pour démontrer ses caractéristiques physiques, y compris la morphologie microscopique et les propriétés mécaniques.
Comme le montrent la figure 1A et la figure supplémentaire 1, le peptide ECF-5 contient une séquence semblable au glutathion et une séquence de dipeptide de phénylalanyle, qui lui confèrent les propriétés réductrices du glutathion et la capacité de s’auto-assembler. Le peptide ECF-5 a été pré-dissous dans du DMSO, puis rapidement mélangé à une solution aqueuse. À ce stade, le peptide s’est rapidement auto-assemblé, formant un gel solide en quelques minutes. Lorsque la concentration finale de peptides dépasse 1 %, le gel peut être ramassé à l’aide d’une pince à épiler.
L’imagerie par microscopie à force atomique (AFM) de la surface du gel a révélé un réseau de nombreuses fibres peptidiques avec des pores denses qui piègent l’eau. Lors de la dilution, la morphologie des fibres individuelles, comme le montre la figure 1D, affiche une hauteur d’environ 3,5 nm, formant des bandes de fibres plus larges et très cohérentes. Ceci est cohérent avec la morphologie des fibres observée dans le réseau de gel. De plus, dans des conditions neutres, les ions métalliques de calcium peuvent également induire le peptide à former un hydrogel, bien que ce processus soit relativement plus lent et donne un gel plus doux.
Le comportement macroscopique des hydrogels préparés à l’aide des trois méthodes - réponse au pH, ajout de métal et échange de solvant - est illustré à la figure 2A. Par rapport à l’eau déminéralisée, tous les hydrogels présentaient des propriétés semi-solides. La rhéologie est couramment utilisée pour différencier les hydrogels des sols.
La viscoélasticité macroscopique des hydrogels ECF-5 obtenus par ces trois méthodes de gélification a été comparée à l’aide de techniques rhéologiques. Comme le montre la figure 2, l’hydrogel ECF-5 présentait la viscoélasticité caractéristique des hydrogels typiques. Avec une déformation de 0,3 %, la relation entre le module de stockage (G') et le module de perte (G'') à différentes fréquences est représentée. L’hydrogel ECF-5 a montré une faible corrélation avec la fréquence. Le module de stockage (G') des hydrogels obtenus par les trois méthodes était d’environ 10 kPa, ce qui est environ 10 fois plus grand que le module de perte (G'') et a démontré des propriétés typiques des hydrogels semi-solides (Figure 2B). Cela indique que les hydrogels ECF-5, quelle que soit la méthode de préparation, présentent une viscoélasticité typique des hydrogels.
Les graphiques du module de stockage (G') et du module de perte (G'') en fonction du niveau de déformation à 10 rad/s (Figure 2C) ont montré que G' et G'' sont restés presque constants sur la plage de déformation de 0,1 % à 10 %, G' étant environ 10 fois plus élevé que G''. Cela suggère que les hydrogels ECF-5 sont des hydrogels viscoélastiques typiques capables de résister aux contraintes.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig01.jpg"> Figure 1 : Hydrogels peptidiques ECF-5. (A) Structure chimique de l’ECF-5. (B) Morphologie macroscopique de l’hydrogel peptidique ECF-5 à une concentration de 1 %. (C) Microstructure de la surface de l’hydrogel. (D) Morphologie microscopique des fibres peptidiques ECF-5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig02.jpg"> Figure 2 : Morphologie macroscopique et caractérisation rhéologique des hydrogels. (A) Morphologie macroscopique des hydrogels dans trois conditions d’hydrogel induites différentes, toutes avec une concentration finale de peptide ECF-5 de 3 mg/mL. Fréquence (B) et déformation (B) du module de stockage (G') et du module de perte (G'') de l’hydrogel ECF-5 dans trois conditions d’induction à une concentration de 1%. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Figure supplémentaire 1 : Analyse LC-MS du peptide ECAFF. (A) Le pic au temps de rétention de 13,238 min est le pic de produit. L’éluat sur colonne a été surveillé à 220 nm et à un débit de 1 mL/min avec 0,1 % d’acide trifluoroacétique dans de l’acétonitrile à 100 %. Le rendement de l’ECF-5 est de 97,33 %. (B) L’ESI/spectrométrie de masse confirme que la masse moléculaire de l’ECF-5 est de 616,1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>

Préparation d’hydrogels de peptides auto-assemblés mécaniquement stables

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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