Name: Preparazione di idrogel peptidi autoassemblati meccanicamente stabili (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 24 s
Description: Scopri i metodi di autoassemblaggio di peptidi in idrogel stabili meccanicamente tramite condizioni ambientali. Questo protocollo dimostra la preparazione e caratterizzazione di idrogel peptidici per applicazioni biomediche.

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<meta charset="utf8"></head><body> Idrogel peptidici: metodi per la gelificazione ecocompatibile di 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>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-amminopropil)trietossisilano</td><td>Aladino</td><td>A107147</td><td>/</td></tr><tr><td>Microscopia a Forza Atomica</td><td>Bruker</td><td>Multimode Nanoscope VIII</td><td>/</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Aladdin</td><td>C290953</td><td>/</td></tr><tr><td>Difenilalanina (FF)</td><td>Peptide</td><td>cinese personalizzabile</td><td>Purezza > 95%</td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma-aldrich</td><td>34869</td><td>/ </td></tr><tr><td>Peptidi ECF-5</td> Sequenza <td>peptidica cinese</td><td>: ECAFF</td><td>Purezza > 95%</td></tr> <tr><td>acido cloridrico</td><td>Aladino</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>Soluzione salina tamponata con fosfato</td><td>Aladino</td><td>P492453</td><td>/</td></tr><tr><td>Reometro</td><td>Anton Paar GmbH</td><td>MCR302</td><td>/</td></tr><tr><td>Cantilever in silicone</td><td>MikroMasch</td><td>XSC11</td><td>/</td></tr><tr><td>Cloruro di sodio</td><td>Aladino</td><td>C111549</td><td>/</td></tr><tr><td>Idrossido di sodio</td><td>Aladino</td><td>S140903</td><td>/ </td></tr><tr><td>TRIS cloridrato</td><td>Aladino</td><td>T431531</td><td>/</td></tr></tbody></table>

preparazione di idrogel peptidi autoassemblati meccanicamente stabili

Preparation of Mechanically Stable Self-Assembled Peptides Hydrogels

I tre metodi descritti in questo articolo per la preparazione di idrogel peptidici consentono una produzione rapida, economica e semplice. La funzione dell'idrogel è correlata alla sua sequenza peptidica. Qui, il peptide ECF-5 viene utilizzato come esempio rappresentativo per dimostrare le sue caratteristiche fisiche, tra cui la morfologia microscopica e le proprietà meccaniche.
Come mostrato nella Figura 1A e nella Figura 1 supplementare, il peptide ECF-5 contiene una sequenza simile al glutatione e una sequenza fenilalanildipeptide, che gli conferiscono le proprietà riducenti del glutatione e la capacità di autoassemblarsi. Il peptide ECF-5 è stato pre-disciolto in DMSO e poi rapidamente miscelato con una soluzione acquosa. In questa fase, il peptide ha subito un rapido autoassemblaggio, formando un gel solido in pochi minuti. Quando la concentrazione finale di peptidi supera l'1%, il gel può essere prelevato con una pinzetta.
L'imaging al microscopio a forza atomica (AFM) della superficie del gel ha rivelato una rete di numerose fibre peptidiche con pori densi che intrappolano l'acqua. Dopo la diluizione, la morfologia delle singole fibre, come mostrato nella Figura 1D, mostra un'altezza di circa 3,5 nm, formando bande di fibre più larghe altamente coerenti. Ciò è coerente con la morfologia delle fibre osservata nella rete di gel. Inoltre, in condizioni neutre, gli ioni metallici di calcio possono anche indurre il peptide a formare un idrogel, sebbene questo processo sia relativamente più lento e si traduca in un gel più morbido.
Il comportamento macroscopico degli idrogel preparati utilizzando i tre metodi - risposta al pH, aggiunta di metalli e scambio di solvente - è illustrato nella Figura 2A. Rispetto all'acqua deionizzata, tutti gli idrogel hanno mostrato proprietà semisolide. La reologia è comunemente usata per differenziare gli idrogel dai sol.
La viscoelasticità macroscopica degli idrogel ECF-5 ottenuta attraverso questi tre metodi di gelificazione è stata confrontata utilizzando tecniche reologiche. Come mostrato nella Figura 2, l'idrogel ECF-5 ha mostrato la caratteristica di viscoelasticità degli idrogel tipici. A una deformazione dello 0,3%, viene rappresentata la relazione tra il modulo di stoccaggio (G') e il modulo di perdita (G'') a diverse frequenze. L'idrogel ECF-5 ha mostrato una debole correlazione con la frequenza. Il modulo di stoccaggio (G') degli idrogel ottenuti con i tre metodi era di circa 10 kPa, che è circa 10 volte più grande del modulo di perdita (G'') e ha dimostrato le tipiche proprietà semisolide dell'idrogel (Figura 2B). Ciò indica che gli idrogel ECF-5, indipendentemente dal metodo di preparazione, mostrano una tipica viscoelasticità dell'idrogel.
I grafici del modulo di stoccaggio (G') e del modulo di perdita (G'') rispetto al livello di deformazione a 10 rad/s (Figura 2C) hanno mostrato che sia G' che G'' sono rimasti quasi costanti nell'intervallo di deformazione compreso tra 0,1% e 10%, con G' circa 10 volte superiore a G''. Ciò suggerisce che gli idrogel ECF-5 sono tipici idrogel viscoelastici in grado di resistere alle sollecitazioni.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig01.jpg"> Figura 1: Idrogel peptidici ECF-5. (A) Struttura chimica di ECF-5. (B) Morfologia macroscopica dell'idrogel peptidico ECF-5 alla concentrazione dell'1%. (C) Microstruttura della superficie dell'idrogel. (D) Morfologia microscopica delle fibre peptidiche ECF-5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67267/67267fig02.jpg"> Figura 2: Morfologia macroscopica e caratterizzazione reologica degli idrogel. (A) Morfologia macroscopica di idrogel in tre diverse condizioni di idrogel indotto, tutte con una concentrazione finale del peptide ECF-5 di 3 mg/mL. Dipendenza dalla frequenza (B) e dalla deformazione (B) del modulo di stoccaggio (G') e del modulo di perdita (G'') dell'idrogel ECF-5 in tre condizioni di induzione a una concentrazione dell'1%. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/67267fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Figura 1 supplementare: Analisi LC-MS del peptide ECAFF. (A) Il picco al tempo di ritenzione di 13,238 min è il picco del prodotto. L'eluato della colonna è stato monitorato a 220 nm e una velocità di flusso di 1 mL/min con acido trifluoroacetico allo 0,1% in acetonitrile al 100%. Il rendimento dell'ECF-5 è del 97,33%. (B) La spettrometria di massa ESI/conferma che il peso molecolare di ECF-5 è 616.1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67267/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>

Preparazione di idrogel peptidi autoassemblati meccanicamente stabili

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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