ブレンドは、プロパティと組み合わせた幅広い機能を持つ生体材料を生成するための効率的なアプローチである。異なる天然絹タンパク質との間の分子相互作用を予測することによって、調整可能な機械的弾力性、電気的応答、光学的透明性、化学的加工性、生分解性、または熱安定性を有する新規の絹の絹タンパク質合金プラットフォームを設計することができる。
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この記事について
サマリー
要約
繊維状タンパク質は、バイオセンサー、ナノ医療、組織再生、および薬物送達のような生物医学分野でのさまざまな用途に使用されている別の配列および構造を示す。これらのタンパク質間の分子スケールの相互作用に基づいて材料を設計する調整可能な特性を有する新規多機能タンパク質合金の生体材料を生成するのに役立ちます。このような合金材料系はまた、体内の物質の生分解性、生体適合性、および維持可能性を従来の合成ポリマーと比較して利点を提供する。この記事では、タンパク質合金を生産する方法、計算方法によって、タンパク質-タンパク質相互作用を予測する方法など、これらのトピックについての有用なプロトコルを提供するための一例として、野生のタッサーシルク（ 柞蚕 ）と国内桑絹（ カイコ ）のタンパク質ブレンドを使用ソリューションは、どのように熱分析の合金系を検証する方法、および可変合金材料を製造するために回折格子を有する光学材料、回路コーティングを有する電気材料、及び薬物放出および送達のための医薬材料を含む。これらの方法は、異なるタンパク質合金に基づく次世代の多機能生体材料を設計するための重要な情報を提供することができる。
概要
自然は構造タンパク質の限られた数を使用して調整可能な多機能生物学的マトリックスを生成するための戦略を作成しました。例えば、エラスチン及びコラーゲンは、常に特定の組織1,2に必要な調整可能な強さと機能を提供するためにインビボで一緒に使用される。この戦略の鍵は、ブレンドです。混合は特定の比率で混合するタンパク質を含み、調整可能な多様性質3-5とシンプルな材料系を生成するための技術的なアプローチである。また、材料の均一性及び操作8-16の容易さのために材料を処理する能力を向上させることができるブレンド、合成操作戦略6,7と比較した。従って、多機能性、生体適合性タンパク質合金材料を設計する医学研究の新たな分野である。この技術はまた、VITの両方で 、細胞および組織の機能上の天然タンパク質マトリックスの影響を体系的知識を提供するROおよびin vivo 10,17 中 。異なるタンパク質間の分子のインターフェースを最適化することによって、タンパク質ベースの合金材料は、異なる温度で角膜組織再生3多様な組織、変数器官における電気的感度、及び光学的特性をサポートするための弾性を、熱安定性などの物理的な機能の範囲を包含することができる18-27。これらの研究の成果は、調整可能な組織の修復....
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プロトコル
タンパク質相互作用の1。予測
- タンパク質分子のバイオインフォマティックス解析
- バイオテクノロジー情報のウェブサイトのための国立センター（www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/）へ、そして合金研究のために使用されるタンパク質名を検索します。注：この例では、二つのタンパク質を使用した：野生柞蚕絹フィブロインであるプロテインA、および国内の桑シルクフィブロインであるタンパク質Bを、。プロテインAは、アミノ酸配列が記載されています"[柞蚕] GenBankのフィブロイン：AAC32606.1」（ 柞蚕は （オーク）柞蚕蛾中国人である）。と「フィブロイン軽鎖前駆体[カイコ]のNCBI参照配列：NP_001037488.1「一緒に（ カイコ ：タンパク質B、アミノ酸配列」NP_001106733.1フィブロイン重鎖前駆体[カイコ] NCBI参照配列」に記載されています森 ） は桑の木の家蚕です。
- 選択し、SAデータベースからのタンパク質Aおよびタンパク質Bのアミノ酸配列VEの。
- ExPASyウェブサイト（SIBバイオインフォマティクスリソースポータル）へ（www.expasy.org）またはを含むがこれらに限定されますが、ではないそれらの配列に基づいてタンパク質の基本的なバイオインフォマティクスデータを算出するために、他の商用ソフトウェアを使用して、分子当たり全電荷の疎水性指数この情....
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結果
（タンパク質Aおよびタンパク質Bとの間、例えば 、）は、典型的なタンパク質-タンパク質相互作用は、電荷-電荷（静電気）アトラクション、水素結合の形成、疎水性-親水性相互作用、ならびに特定の間の双極子、溶媒、対イオン、及びエントロピー効果を含めることができ2つのタンパク質のドメイン（ 図2）3。したがって、基本的に、私たちは、計算シミュレーションにより、これらの相互作用の効果を予測することができる。
図タンパク質Aおよびタンパク質Bとの間の2相互作用は典型的には、これらの相互作用は、電荷-電荷（静電気）アトラクション、水素結合の形成、またはこれら2つのタンパク質の特定のドメインの間の疎水.......
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ディスカッション
「合金」は、タンパク質生産システムの中で最も重要な手順の一つは、ブレンドされた蛋白質の混和性を検証することである。それ以外の場合は、安定した波長可変特性なしのみ非混和性タンパク質混合物またはタンパク質複合システムである。実験的な熱分析法は、この目的のために使用することができ、それらの合金特性を確認するため。タンパク質-タンパク質相互作用は、フローリー·ハギンズの格子「溶媒」との間の相互作用としてモデル48（主要なタンパク質成分）および「溶質」（マイナーなタンパク質成分）に応じて見ることができる。このモデルに基づいて、「溶媒」と「溶質」との間の混合の間の自由エネルギー変化は、ブレンド48の混和性を支配する。一般的に、混和性の三つの異なる程度がある：（a）は完全に混和性（巨視的形態一相物質）、（b）は、準安定（フォームが半混和性材料中の相）、及び（c）の非混和性は、（個別のプロテインA及びBドメイン）3,48と元の2相のままである。これに対応して、二つのタンパク質系のガラス転移挙動はこれらの違いを実証することができ、理想的には相図のモデル（ 図6）を
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開示事項
利害関係が宣言されていない。
謝辞
著者らは、この研究をサポートするためローワン大学に感謝します。タフツ大学のXHも感謝デビッドL.カプランと前の技術的なトレーニングのためのNIH P41ティッシュ·エンジニアリングリソースセンター（TERC）。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Q100 示差走査熱量計 (DSC) | TA Instruments, New Castle, DE, USA | N/A | ソフトウェアで任意のタイプのDSCを使用して熱容量を計算することができます。 |
| SS30T 真空スパッタリング装置 | T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA | N/A | カスタムメイドの部品を使用して、任意のタイプのスパッタリングシステムをコーティングできます。 |
| VWR 1415M 真空オーブン | VWR インターナショナル、ブリッジポート、ニュージャージー州、米国 | N/A | 任意のタイプの真空オーブンを使用して、サンプルを物理的に架橋することができます。 |
参考文献
- Rosenbloom, J., et al. Extracellular matrix 4: The elastic fiber. FASEB J. 7, 1208-1218 (1993).
- Traub, W., et al. On the molecular structure of collagen. Nature. 221, 914-917 (1969).
- Hu, X., et al.
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再版と許可
