Name: バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-13T14:15:00.000+00:00
Duration: 11 min 14 s
Description: 学ぶシルクタンパク質合金材料の作製法。異なる蚕種のコクーンからタンパク質溶液を再生し、電子回路と統合した複合フィルムを作成する。生分解性と機械的特性を調整可能なバイオマテリアル開発に応用できる。

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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）。

<ol><li>Rosenbloom, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+matrix+4%3A+The+elastic+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">Extracellular matrix 4: The elastic fiber.</a> FASEB J. 7, 1208-1218 (1993).</li>
<li>Traub, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+molecular+structure+of+collagen%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">On the molecular structure of collagen.</a> Nature. 221, 914-917 (1969).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein-Based+Composite+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Protein-Based Composite Materials.</a> Materials Today. 15, 208-215 (2012).</li>
<li>Hardy, J. G., Scheibel, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composite+materials+based+on+silk+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Composite materials based on silk proteins.</a> Progress in Polymer Science. 35, 1093-1115 (2010).</li>
<li>Kidoaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoscopic+spatial+designs+of+nano-+and+microfiber+meshes+for+tissue-engineering+matrix+and+scaffold+based+on+newly+devised+multilayering+and+mixing+electrospinning+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Mesoscopic spatial designs of nano- and microfiber meshes for tissue-engineering matrix and scaffold based on newly devised multilayering and mixing electrospinning techniques.</a> Biomaterials. 26, 37-46 (2005).</li>
<li>Teng, W. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombinant+silk-elastin+like+protein+polymer+displays+elasticity+comparable+to+elastin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Recombinant silk-elastin like protein polymer displays elasticity comparable to elastin.</a> Biomacromolecules. 10, 3028-3036 (2009).</li>
<li>Foo, C. W. P., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+engineering+of+fibrous+proteins%2C+spider+dragline%2C+silk+and+collagen%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Drug+Delivery+Rev%22%5BJournal%5D)">Genetic engineering of fibrous proteins, spider dragline, silk and collagen.</a> Adv Drug Delivery Rev. 54, 1131-1143 (2002).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge-Tunable+Autoclaved+Silk-Tropoelastin+Protein+Alloys+That+Control+Neuron+Cell+Responses%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Charge-Tunable Autoclaved Silk-Tropoelastin Protein Alloys That Control Neuron Cell Responses.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 3875-3884 (2013).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+derived+from+silk-tropoelastin+protein+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biomaterials derived from silk-tropoelastin protein systems.</a> Biomaterials. 31, 8121-8131 (2010).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+elasticity+and+surface+roughness+on+myogenic+and+osteogenic-differentiation+of+cells+on+silk-elastin+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The influence of elasticity and surface roughness on myogenic and osteogenic-differentiation of cells on silk-elastin biomaterials.</a> Biomaterials. 32, 8979-8989 (2011).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+from+ultrasonication-induced+silk+fibroin-hyaluronic+acid+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Biomaterials from ultrasonication-induced silk fibroin-hyaluronic acid hydrogels.</a> Biomacromolecules. 11, 3178-3188 (2010).</li>
<li>Gil, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swelling+behavior+and+morphological+evolution+of+mixed+gelatin%2Fsilk+fibroin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Swelling behavior and morphological evolution of mixed gelatin/silk fibroin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 6, 3079-3087 (2005).</li>
<li>Lu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Green+process+to+prepare+silk+fibroin%2Fgelatin+biomaterial+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Biosci%22%5BJournal%5D)">Green process to prepare silk fibroin/gelatin biomaterial scaffolds.</a> Macromol. Biosci. 10, 289-298 (2010).</li>
<li>Lu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insoluble+and+flexible+silk+films+containing+glycerol%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Insoluble and flexible silk films containing glycerol.</a> Biomacromolecules. 11, 143-150 (2010).</li>
<li>Mandal, B. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+fibroin%2Fpolyacrylamide+semi-interpenetrating+network+hydrogels+for+controlled+drug+release%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Silk fibroin/polyacrylamide semi-interpenetrating network hydrogels for controlled drug release.</a> Biomaterials. 30, 2826-2836 (2009).</li>
<li>Yeo, I. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collagen-based+biomimetic+nanofibrous+scaffolds%2C+preparation+and+characterization+of+collagen%2Fsilk+fibroin+bicomponent+nanofibrous+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Collagen-based biomimetic nanofibrous scaffolds, preparation and characterization of collagen/silk fibroin bicomponent nanofibrous structures.</a> Biomacromolecules. 9, 1106-1116 (2008).</li>
<li>Holst, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Substrate+elasticity+provides+mechanical+signals+for+the+expansion+of+hemopoietic+stem+and+progenitor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Substrate elasticity provides mechanical signals for the expansion of hemopoietic stem and progenitor cells.</a> Nat. Biotechnol. 28, 1123-1128 (2010).</li>
<li>Omenetto, F. G., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Opportunities+for+an+Ancient+Material%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">New Opportunities for an Ancient Material.</a> Science. 329, 528-531 (2010).</li>
<li>Qin, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+resilin+elasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Mechanism of resilin elasticity.</a> Nature Communications. 3, 1003(2012).</li>
<li>Rockwood, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+fabrication+from+Bombyx+mori+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protocols%22%5BJournal%5D)">Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin.</a> Nat. Protocols. 6, 1612-1631 (2011).</li>
<li>Wise, S. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+tropoelastin+and+elastin-based+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Protein+Chem+Struct+Biol%22%5BJournal%5D)">Engineered tropoelastin and elastin-based biomaterials.</a> Adv Protein Chem Struct Biol. 78, 1-24 (2009).</li>
<li>Amsden, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+nanoimprinting+of+silk+fibroin+films+for+biophotonic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Rapid nanoimprinting of silk fibroin films for biophotonic applications.</a> Adv. Mater. 22, 1746-1749 (2010).</li>
<li>Lawrence, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+film+biomaterials+for+cornea+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Silk film biomaterials for cornea tissue engineering.</a> Biomaterials. 30, 1299-1308 (2009).</li>
<li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolvable+films+of+silk+fibroin+for+ultrathin+conformal+bio-integrated+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin conformal bio-integrated electronics.</a> Nat. Mater. 9, 511-517 (2010).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilization+of+vaccines+and+antibiotics+in+silk+and+eliminating+the+cold+chain%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Stabilization of vaccines and antibiotics in silk and eliminating the cold chain.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 11981-11986 (2012).</li>
<li>Pritchard, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+silk+protein+processing+on+drug+delivery+from+silk+films%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Bioscience%22%5BJournal%5D)">Effect of silk protein processing on drug delivery from silk films.</a> Macromolecular Bioscience. 13, 311-320 (2013).</li>
<li>Lammel, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+silk+fibroin+particle+features+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Controlling silk fibroin particle features for drug delivery.</a> Biomaterials. 31, 4583-4591 (2010).</li>
<li>Urry, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+chemistry+of+biological+free+energy+transduction+as+demonstrated+by+elastic+protein-based+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Physical chemistry of biological free energy transduction as demonstrated by elastic protein-based polymers.</a> J Phys Chem B. 101, 11007-11028 (1997).</li>
<li>Shao, Z., Vollrath, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials%3A+Surprising+strength+of+silkworm+silk%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Materials: Surprising strength of silkworm silk.</a> Nature. 418, 741-741 (2002).</li>
<li>Jin, H. J., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+silk+processing+in+insects+and+spiders%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Mechanism of silk processing in insects and spiders.</a> Nature. 424, 1057-1061 (2003).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determining+Beta-Sheet+Crystallinity+in+Fibrous+Proteins+by+Thermal+Analysis+and+Infrared+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Determining Beta-Sheet Crystallinity in Fibrous Proteins by Thermal Analysis and Infrared Spectroscopy.</a> Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Protein-Water+Relationships+during+%CE%B2-Sheet+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Dynamic Protein-Water Relationships during β-Sheet Formation.</a> Macromolecules. 41, 3939-3948 (2008).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microphase+separation+controlled+beta-sheet+crystallization+kinetics+in+fibrous+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Microphase separation controlled beta-sheet crystallization kinetics in fibrous proteins.</a> Macromolecules. 42, 2079-2087 (2009).</li>
<li>Cebe, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beating+the+Heat+-+Fast+Scanning+Melts+Beta+Sheet+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Beating the Heat - Fast Scanning Melts Beta Sheet Crystals.</a> Scientific Reports. 3, 1130(2013).</li>
<li>Pyda, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat+Capacity+of+Silk+Fibroin+Based+on+the+Vibrational+Motion+of+Poly%28amino+acid%29s+in+the+Presence+and+Absence+of+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Heat Capacity of Silk Fibroin Based on the Vibrational Motion of Poly(amino acid)s in the Presence and Absence of Water.</a> Macromolecules. 41, 4786-4793 (2008).</li>
<li>Buxton, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+lattice+spring+model+of+heterogeneous+materials+with+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Model.+Simul.+Mater.+Sci.+Eng%22%5BJournal%5D)">A lattice spring model of heterogeneous materials with plasticity.</a> Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 9, 485-497 (2001).</li>
<li>Buxton, G. A., Balazs, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+dynamic+fracture+of+polymer+blends+processed+under+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Modeling the dynamic fracture of polymer blends processed under shear.</a> Phys. Rev. B. 69, 054101(2004).</li>
<li>Kolmakov, G. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harnessing+labile+bonds+between+nanogel+particles+to+create+self-healing+materials%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Harnessing labile bonds between nanogel particles to create self-healing materials.</a> ACS Nano. 3, 885-892 (2009).</li>
<li>Duki, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+nanoscratching+of+self-healing+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Modeling the nanoscratching of self-healing materials.</a> J. Chem. Phys. 134, 084901(2011).</li>
<li>Bell, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Models+for+the+specific+adhesion+of+cells+to+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Models for the specific adhesion of cells to cells.</a> Science. 200, 618-627 (1978).</li>
<li>Bell, G. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+adhesion.+Competition+between+nonspecific+repulsion+and+specific+bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Cell adhesion. Competition between nonspecific repulsion and specific bonding.</a> Biophys. J. 45, 1051-1064 (1984).</li>
<li>Wang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+various+dissolution+systems+on+the+molecular+weight+of+regenerated+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Effect of various dissolution systems on the molecular weight of regenerated silk fibroin.</a> Biomacromolecules. 14, 285-289 (2013).</li>
<li>Wray, L. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+processing+on+silk-based+biomaterials%3A+reproducibility+and+biocompatibility%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mater+Res+B+Appl+Biomater%22%5BJournal%5D)">Effect of processing on silk-based biomaterials: reproducibility and biocompatibility.</a> J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 99, 89-101 (2011).</li>
<li>Lawrence, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+film+culture+system+for+in+vitro+analysis+and+biomaterial+design%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Silk film culture system for in vitro analysis and biomaterial design.</a> J. Vis. Exp. (62), e3646(2012).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+Silk+Material+Structure+by+Temperature-Controlled+Water+Vapor+Annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Regulation of Silk Material Structure by Temperature-Controlled Water Vapor Annealing.</a> Biomacromolecules. 12, 1686-1696 (2011).</li>
<li>Yucel, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vortex-induced+injectable+silk+fibroin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Vortex-induced injectable silk fibroin hydrogels.</a> Biophys J. 97, 2044-2050 (2009).</li>
<li>Yucel, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-equilibrium+silk+fibroin+adhesives%5BTitle%5D)+AND+%22J+Struct+Biol%22%5BJournal%5D)">Non-equilibrium silk fibroin adhesives.</a> J Struct Biol. 170, 406-412 (2010).</li>
<li>Flory, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlory%2C+PJ+%22Principles+of+polymer+chemistry%22">Principles of polymer chemistry</a>. , Cornell University Press. Ithaca, N.Y.. (1953).</li>
<li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+properties+and+phase+transitions+in+blends+of+Nylon-6+with+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Therm+Anal+Calorim%22%5BJournal%5D)">Thermal properties and phase transitions in blends of Nylon-6 with silk fibroin.</a> J Therm Anal Calorim. 93, 201-206 (2008).</li>
<li>Scabarozi, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+growth+and+electrical-transport+properties+of+Ti7Si2C5+thin+films+synthesized+by+reactive+sputter+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Scripta+Materialia%22%5BJournal%5D)">Epitaxial growth and electrical-transport properties of Ti7Si2C5 thin films synthesized by reactive sputter deposition.</a> Scripta Materialia. 65, 811-814 (2011).</li>
<li>Tao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+materials-a+road+to+sustainable+high+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Silk materials-a road to sustainable high technology.</a> Adv Mater. 24, 2824-2837 (2012).</li>
<li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-linked+open-pore+elastic+hydrogels+based+on+tropoelastin%2C+elastin+and+high+pressure+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Cross-linked open-pore elastic hydrogels based on tropoelastin, elastin and high pressure CO2.</a> Biomaterials. 31, 1655-1665 (2010).</li>
<li>Moll, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+keratins%3A+biology+and+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22Histochem+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">The human keratins: biology and pathology.</a> Histochem Cell Biol. 129, 705-733 (2008).</li>
</ol>

利害関係が宣言されていない。

「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</st...

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および疾患の治療およびその新たな治療および診断機能は3を想定することができる生分解性のインプラント装置をさらにリードに直接関係して生物医学科学の分野での新たなタンパク質材料のプラットフォームを提供します。 多くの天然構造タンパク質は、生体材料マトリクスの候補として活用することができる重要な物理的および生物活性特性を有する。別のワームの種からのシルク、異なる組織から毛やウール、エラスチンとコラーゲンからケラチン、およびさまざまな植物タンパク質（ 図1）18-27可変タンパク質ベースの材料を設計するために使用される最も一般的な構造タンパク質の一部である。一般に、これらのタンパク質は、それらの固有の反復的な一次アミノ酸配列に3,28-35の異なる分子の二次構造（ 例えば 、ベータシルク用シート、またはケラチンためのコイルドコイル）を形成することができる。これらの機能は、生体高分子材料の秘蔵資源としての有用性を促す生物学的界面でのユニークな機能を備えた自己組織化巨視的構造の形成を促進する。ここでは、構造タンパク質の二種類は、さまざまなタンパク質合金生体材料を製造する一般的なプロトコルを示すために（一例として家畜化クワ絹からの野生柞蚕絹およびタンパク質B由来のタンパク質A）を用いた。タンパク質相互作用の予測やシミュレーション、パート2：プロテイン合金ソリューションの生産、及びその3：タンパク質合金の製造実証プロトコルは、パート1を含むシステムや、光学的、電気的、および医薬用途のために。 <img alt="図1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig1highres.jpg" width="500" /> 図は、一般に、タンパク質ベースの材料設計異なるワーム種からの絹を含むために研究室で使用される各種の構造タンパク質の1原材料、毛およびウール、異なる組織からエラスチン、および各種植物タンパク質からケラチン。

<table><tbody><tr><td>Q100 示差走査熱量計 (DSC)</td><td>TA Instruments, New Castle, DE, USA </td><td>N/A</td><td>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。</td></tr><tr><td>SS30T 真空スパッタリング装置&nbsp;</td><td>T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA</td><td>N/A</td><td>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。</td></tr><tr><td>VWR 1415M 真空オーブン</td><td>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</td><td>N/A</td><td>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。</td></tr></tbody></table>

バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

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。

（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。 <img alt="図2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig2highres.jpg" width="500" /> 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...

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。

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

この手順の全体的な目的は、電子回路を備えたシルク複合フィルムを用いて、さまざまなタンパク質合金材料を製作する方法を実証することです。例として、まず2種類の異なるカイコ繭から個別のタンパク質溶液を再生させることで、これを実現します。第2段階では、異なる比率の2種類のタンパク質溶液を混合し、一連のブレンド溶液を作成します。次に、薄膜作製技術を用いて、ガラス基板上に電子回路を作製します。最終段階では、ブレンド溶液をガラス基板上にコーティングし、電子回路を乾燥したタンパク質へと転写します。複合フィルムを従来の合成ポリマー材料と比較すると、タンパク質材料は人体においてより優れた生体適合性、生分解性、および保持能を提供できます。異なる比率でタンパク質をブレンドすることは、物理的、化学的、または生物学的特性を調整可能な合金材料を生成するための簡便な技術的手法です。この技術を埋め込み型バイオメディカルシステムに拡張することで、電子的なモニタリングが可能となり、医療における診断と治療を向上させることができます。さらに、この技術は、不要になった後に体内に吸収されるデバイスの開発にも利用可能です。本ビデオでは、野生のTOSA絹および家蚕の桑絹のタンパク質混合物を例に、タンパク質溶液の調製方法や電子回路を用いた材料の作製方法など、本トピックに関する有用なプロトコルを提示します。蒸着などの他の手法と比較して、本回路コーティング技術の主な利点は、コーティングプロセス中にタンパク質材料が直接的または放射的に高温にさらされないことです。この手順を開始するには、野生のtssa絹繭を3 gの重量でカットします。2 Lのガラスビーカーに蒸留水を満たし、そのガラスビーカーをホットステージの上に置きます。アルミホイルで蓋をし、沸騰するまで加熱します。アルミホイルの蓋を取り除き、沸騰した水に重曹 3 gをゆっくりと加え、完全に溶解させます。重曹が完全に溶解した後、野生絹繭を沸騰水に加え、2〜3時間煮沸します。煮沸後、スパチュラを用いて溶液からタンパク質繊維を慎重に取り出し、絞って余分な水分を取り除きます。次に、繊維を冷たい蒸留水を入れた2 Lのビーカーに浸し、繊維表面から不純物の残留物を完全に除去するため、30分間の洗浄を2回行います。洗浄後、ドラフトチャンバー内で繊維を少なくとも12時間乾燥させます。野生絹タンパク質繊維を溶解させるため、ガラスビーカーで48.784 gの硝酸カルシウムを融解させ、65 °Cの液体にします。次に、繊維と溶媒を、繊維1 gに対して溶媒10 mLの比率で混合します。95 °Cで5〜12時間かけて繊維を溶解させた後、野生絹溶液を12 mLの透析チューブに注ぎ、2 Lの蒸留水に対して透析を行います。溶液中の硝酸カルシウム溶媒を除去するため、蒸留水を頻繁に交換します。3日後、透析カセットからタンパク質溶液を回収し、13,000 RPM対応のチューブに移します。その後、4 °Cで3,500 RPMにて1時間、遠心分離を行います。完了後、沈殿物を除去するために3回洗浄します。家蚕の絹などの天然タンパク質を別途回収した後、最終溶液を4 °Cの冷蔵庫で保存します。測定濃度の最終タンパク質水溶液が得られるまで、適切な石鹸および溶解溶媒を用いて上記の手順を繰り返します。次に、ピペットを用いて、1重量%の野生絹溶液と1重量%の家蚕絹溶液をゆっくりと混合します。タンパク質の凝集を避けるため、最終溶液を4 °Cで保存します。ガラス基板上に電気回路パターンを作製するには、まず、hinoxなどの脱脂溶剤と超音波洗浄機を用いて、ガラススライドを5分間洗浄します。その後、ガラススライドをアセトンで5分間、続いてメタノールで5分間洗浄します。180リットルの液体窒素デュワーのボイルオフで生成された乾燥窒素ガスを用いて、ガラススライドを吹き付けて乾燥させます。この時点で、基板材料を堆積室に導入し、ロードロックを30 mTorrの圧力まで排気します。次に、ロードロックとメイン堆積室の間のゲートバルブを開き、基板を室内に導入します。アルゴンガスと圧力調整器をオンにし、圧力を目的の堆積圧力に制御して、数分間のプリスパッタリングを行い、ターゲットから酸化層や不純物を除去します。シャッターを開いた後、目的の膜厚が得られる堆積速度で、基板上に金属をスパッタリングします。スパッタリング工程が完了したら、コーティングされたガラススライドをチャンバーから取り出します。スピナーを用いて、フィルム表面にポジ型フォトレジストをスピンコートします。レジストの塗布後、90 °Cで5分間ソフトベークし、レジストを乾燥させます。完了後、デバイスのパターンが描かれたコンタクトマスクをレジストにしっかりと密着させます。フォトレジストを1000 WのUV光源に10秒間露光します。その後、投影された像が現れるまで、フィルムをフォトレジスト現像液に浸します。像が現れた直後に、フィルムを脱イオン水に浸し、未露光部分への現像液の作用を停止させます。次に、乾燥窒素ガスでフィルムを吹き付けて乾燥させます。フィルムを120 °Cのオーブンに15分間入れ、フォトレジストのハードベークを行います。フィルムが冷却した後、フォトレジストで保護されていない金属部分が除去されるまで、エッチング液に浸します。フィルムを水に浸し、エッチングを停止させます。次に、硬化したフォトレジストを除去するために、フィルムをアセトンで洗浄します。その後、フィルムをメタノールで洗浄し、乾燥窒素でブロー乾燥させます。コーティング済みのガラスの準備ができたら、異なるタンパク質合金溶液をガラス表面に滴下します。ピペットを用いて滴下し、ドラフトチャンバー内で少なくとも12時間乾燥させ、ガラス上にタンパク質合金薄膜を形成させます。その後、ピンセットを用いて、薄い金属パターンを持つタンパク質合金薄膜をガラス基板から剥離させます。不溶性のタンパク質合金材料を得るには、チャンバーの底に水皿を置き、25 kilo pascals、60 degrees Celsiusの真空オーブンに乾燥させた薄膜を入れます。オーブン内の空気を排出し、水蒸気がすべての試料に浸透するように少なくとも2時間放置します。真空を解除し、オーブンから試料を取り出した後、ピンセットを用いて基板から水不溶性フィルムを剥がします。最後に、タンパク質合金フィルム上の金属パターンの電気抵抗を測定し、ガラス上の元のパターンと比較します。典型的なタンパク質間相互作用には、静電的引力、水素結合、疎水性・親水性相互作用のほか、タンパク質の特定ドメイン間における双極子溶媒対イオンおよびエントロピー効果が含まれます。これらの相互作用による影響は、伸長シミュレーション中の計算シミュレーションによって予測することが可能です。あるタンパク質はバネのような弾性ネットワークを形成して材料に超弾性を付与し、別のタンパク質は強力な物理的架橋剤として機能する粒子としての役割を果たすことができます。エネルギーの保存・放出や、追加的な機械的支持を提供するために、異なるドメインにおいて動的な構造転移を誘導することができます。タンパク質合金溶液は、熱的、機械的、光学的、電気的、化学的、または生物医学的な応用のための材料マトリックスなど、調整可能な特性を持つさまざまなバイオマテリアルに成形することが可能です。本デモンストレーションでは、2端子法および4端子法を用いて、タンパク質膜上の電気回路の室温電気抵抗率を測定しました。2端子測定において、膜の抵抗率は3.6 × 10⁻⁷ Ωmであり、バルクよりも約20倍高い値を示しました。バルクと比較して膜でより高い抵抗率が測定されるのは、電流経路がすでに制限されており、電荷担体が欠陥を回避できないためであり、これは典型的な現象です。タンパク質成分の比率を変えることで、最終的な材料の弾性、強度、表面粗さ、表面電荷などの生物物理学的特性を制御することが可能です。これらの特性は、最終的に材料に付着した組織の機能や挙動に影響を与えます。したがって、タンパク質合金システムは、将来的に機能を調整可能な植込み型医療デバイスや材料を製造するための新しい経路を提示します。このビデオを視聴することで、これらの材料上に回路を作製する方法を十分に理解できるはずです。本記事で提供したプロトコルが、将来的に多くの生物医学分野の研究者や臨床医に役立つことを願っています。

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Bioengineering

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