Name: 바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 실크 실크 단백질 합금 재료 설계 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-13T14:15:00.000+00:00
Duration: 11 min 14 s
Description: 학습하세요 실크 단백질 합금 재료 제작 방법을 전자 회로와 통합하여 생체 재료 특성을 조절하는 기술입니다. 이 프로토콜은 생분해성 임플란트 및 의료 기기 개발에 활용됩니다.

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저자는이 연구의 지원 로완 대학 감사합니다. 터프 츠 대학의 XH도 덕분에 박사 데이비드 L. 카플란 및 이전 기술 교육에 대한 NIH P41 조직 공학 정보 센터 (TERC).

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

&quot;합금&quot;단백질 생산 시스템에서 가장 중요한 절차의 하나가 블렌딩 된 단백질의 상용 성을 검증하는 것이다. 그렇지 않으면, 안정된 특성과 동조하지 않고 단지 비혼 화성 혼합물을 단백질 또는 단백질 합성 시스템이다. 실험 열 분석 방법은, 이러한 목적을 위해 사용될 수 있고, 그들의 합금의 특성을 확인하기 위해. 단백질 - 단백질 상호 작용은 플로리 - 허긴의 격자 &quot;용매&quot;(우세한 단백질 성분) 사이의 상호 작용과 같은 모델 (48) 및 &quot;용질&quot;(마이너 단백질 성분)에 따라 확인할 수있다. 이 모델에 기초하여, &quot;용매&quot;및 &quot;용질&quot;사이 혼합 동안 자유 에너지 변화는 블렌드 (48)의 상용 성을 제어. 일반적으로 상용 성 정도의 세 가지가있다 : (a) 완전 혼화 (거시적 형태 1 단계 소재), (b) 준 안정 (양식 세미 혼화 재료 상), 및 (c)은 비혼 화성 (개별 단백질과 B 도메인) 3,4...

활동은 구조 단백질의 제한된 수를 사용하여 가변 다기능 생물학적 행렬을 생성하기위한 전략을 만들었다. 예를 들어, elastins 및 콜라겐은 항상 특정 조직 1,2에 필요한 조정의 장점과 기능을 제공하기 위해 생체 내에서 함께 사용됩니다. 이 전략의 핵심은 블렌딩이다. 블렌딩 비율은 특정 단백질과의 혼합을 포함하고 가변하고 다양한 특성 3-5 간단한 재료 시스템을 생성하는 기술 접근 방법이다. 합성 공학 ​​전략 6,7과 비교하여, 혼합 재료는 균일 인한 운전 8-16의 용이성 물질을 처리 할 수있는 능력을 향상시킬 수있다. 따라서, 다기능, 생체 단백질 합금 재료를 설계하는 의학 연구의 새로운 영역이다. 이 기술은 세포 및 조직의 기능 VIT 모두에서 천연 단백질 기질의 영향에 대한 체계적인 지식을 제공한다RO 및 생체 10,17한다. 다른 단백질 사이의 분자 인터페이스를 최적화함으로써, 단백질 계 합금 재료는, 예컨대 열 상이한 온도에서의 안정성, 가변 장기에 다양한 조직, 전기적 감도를 지원하는 탄성 및 각막 조직 재생 3 광학 특성 등의 물리적 기능의 범위를 포괄 할 수있다 18-27. 이러한 연구의 결과는 조정 조직 수리 및 질병 치료와 자신의 새로운 치료 및 진단 기능은 3을 구상 할 수있다 생분해 성 임플란트 장치에 더 우위에 직접 관련성 생명 과학 분야에서 새로운 단백질 물질 플랫폼을 제공 할 것입니다. 많은 자연의 구조 단백질은 생체 재료 행렬 후보로 악용 될 수 있습니다 중요한 물리적, 생리 활성 특성을 갖는다. 다른 웜 종 실크, 다른 조직으로부터 머리와 양모, elastins 및 콜라겐에서 케라틴 및각종 식물성 단백질 (도 1) 18-27 가변 단백질 계 재료를 설계에 사용되는 가장 일반적인 구조 단백질의 일부이다. 일반적으로, 이들 단백질은 그들의 독특한 반복적 차 아미노산 서열 3,28-35에 다른 이차 구조의 분자 (예 : 실크, 베타 시트, 또는 케라틴 코일 용 코일)을 형성 할 수있다. 이러한 기능은 생체 고분자 물질의 소중한 자원으로 자신의 유틸리티를 자극 생물 인터페이스에 고유 한 기능을 가진 자기 조립 거시적 구조의 형성을 촉진한다. 여기서, 구조 단백질의 두 종류가 사용되었다 (야생 tussah 실크 예로 들여진 뽕나무 실크 단백질로부터 단백질 B)는 각종 단백질 합금 생체 재료의 제조 일반적인 프로토콜을 설명한다. 증명 프로토콜은 1 부 포함 : 단백질 상호 작용 예측 및 시뮬레이션, 2 부 : 단백질 합금 솔루션의 생산 및 부품 (3) : 단백질 합금의 제조를시스템, 광학, 전기 및 제약 응용 프로그램. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig1highres.jpg" width="500" /> 그림은 일반적으로 단백질 기반의 물질을 설계하는 다른 웜 종의 실크를 포함하여 우리의 실험실에서 사용되는 다양한 구조 단백질의 1 원시 자료, 머리와 양모, 다른 조직에서 elastins 및 다양한 식물성 단백질에서 케라틴.

<table><tbody><tr><td>Q100 시차 주사 열량계(DSC)</td><td>TA Instruments, New Castle, DE, USA </td><td>N/A</td><td>소프트웨어와 함께 모든 유형의 DSC를 사용하여 열 용량을 계산할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>SS30T 진공 스퍼터링 시스템&nbsp;</td><td>TM 진공 제품, Inc., Cinnaminson, 뉴저지, 미국</td><td>N / A</td><td>맞춤형 제작 부품; 당신은 코팅하기 위해 스퍼터링 시스템의 모든 유형을 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>VWR 1415M 진공 오븐</td><td>VWR International, Bridgeport, NJ, USA</td><td>N/A</td><td>모든 유형의 진공 오븐을 사용하여 샘플을 물리적으로 가교할 수 있습니다.</td></tr></tbody></table>

바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 실크 실크 단백질 합금 재료 설계

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

섬유 단백질은 바이오 센서, 나노 의학, 조직 재생 및 약물 전달과 같은 생의학 분야에서 다양한 용도로 사용되어왔다 서로 다른 서열과 구조를 표시합니다. 이 단백질 사이의 분자 규모의 상호 작용을 기반으로 자료를 설계하는 것은 조정 가능한 특성을 가진 새로운 다기능 단백질 합금 생체 물질을 생성하는 데 도움이됩니다. 이러한 합금 재료 시스템은 또한 때문에 체내에서 생분해 성 재료, 생체 적합성 및 tenability 전통적인 합성 중합체에 비해 이점을 제공한다. 이 문서에서는 단백질 합금을 생산하는 방법 계산 방법에 의해 단백질 - 단백질 상호 작용을 예측하는 방법을 포함하여이 주제에 관한 유용한 프로토콜을 제공하기 위해 예를 들어 야생 tussah 실크 (Antheraea의 pernyi) 및 국내 뽕나무 실크 (Bombyx 모리)의 단백질 혼합 사용 솔루션은, 어떻게 열 분석에 의해 합금 시스템을 확인하는 방법과 변수 합금 재료를 제조회절 격자와 광학 재료, 회로 코팅과 전기 재료 및 약물 방출 및 전달을위한 제약 재료 포함. 이러한 방법은 다른 단백질 합금에 기초하여 차세대 다기능 생체 재료 설계에 중요한 정보를 제공 할 수있다.

(단백질 및 단백질 B 사이 예) 전형적인 단백질 - 단백질 상호 작용은 전하 - 전하 (정전) 명소, 수소 결합 형성, 소수성 - 친수성 상호 작용뿐만 아니라, 다이폴, 용매, 카운터 이온 및 특정 사이 엔트로피 효과가 포함되어있을 이 단백질의 도메인 (그림 2) 3. 따라서, 근본적으로, 우리가 계산 시뮬레이션에 의한 이러한 상호 작용의 효과를 예측할 수있다. <img alt="그림이" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig2highres.jpg" width="500" /> 도 단백질과 단백질 B. 2 사이의 상호 작용은 일반적으로, 이러한 상호 작용은 전하 - 전하 (정전) 명소, 수소 결합의 형성, 또는 이들 두 단백질의 특정 도...

혼합 속성과 결합하여 광범위한 기능과 생체 물질을 생성 할 수있는 효율적인 방법입니다. 다른 천연 실크 단백질 분자 사이의 상호 작용을 예측함으로써, 가변 기계적 복원력 전기적 응답, 광학 투명성, 화학적 가공성, 생분해 성, 또는 열적 안정성을 가진 새로운 실크 실크 단백질 합금 플랫폼을 설계 할 수있다.

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

이 실험 과정의 전반적인 목표는 전자 회로가 포함된 실크 복합 필름을 사용하여 다양한 단백질 합금 재료를 제작하는 방법을 시연하는 것입니다. 그 예로, 먼저 두 가지 서로 다른 종의 누에 고치로부터 각각의 단백질 용액을 재생함으로써 이를 수행합니다.두 번째 단계는 서로 다른 비율의 단백질 용액 두 가지를 혼합하여 일련의 블렌딩 용액을 생성하는 것입니다. 다음으로, 박막 제작 기술을 사용하여 유리 기판 위에 전자 회로를 제작합니다. 마지막 단계는 블렌딩 용액을 유리 기판에 코팅하고 전자 회로를 건조된 단백질로 전사하는 것입니다.복합 필름을 기존의 합성 고분자 재료와 비교했을 때, 단백질 재료는 인체 내에서 더 우수한 생체 적합성, 생분해성 및 조절 가능성을 제공할 수 있습니다. 서로 다른 비율로 단백질을 혼합하는 것은 물리적, 화학적 또는 생물학적 특성을 조절할 수 있는 합금 재료를 생성하기 위한 간단한 기술적 접근 방식입니다.이 기술을 이식형 생체 의료 시스템으로 확장하면 전자 모니터링이 가능해져 의료 치료의 진단과 치료 효과를 높일 수 있습니다. 또한, 이 기술은 더 이상 필요하지 않을 때 체내에서 흡수될 수 있는 소자를 개발하는 데 사용될 수 있습니다. 본 영상에서는 야생 TOSA 실크와 가공 뽕나무 실크의 단백질 혼합물을 예로 들어, 단백질 용액의 제조 방법과 전자 회로를 이용한 재료 제작 방법을 포함하여 이 주제와 관련된 유용한 프로토콜을 제공하겠습니다.증착과 같은 다른 방법과 비교했을 때 본 회로 코팅 기술의 주요 장점은, 코팅 과정 동안 단백질 재료가 직접적으로 또는 복사열을 통해 고온에 노출되지 않는다는 점입니다. 이 절차를 시작하려면, 야생 tssa 실크 고치를 3 g의 무게로 자릅니다. 2 L 유리 비커에 증류수를 채운 다음, 유리 비커를 가열판 위에 올립니다.알루미늄 호일로 덮고 끓을 때까지 가열합니다. 알루미늄 호일 덮개를 제거하고 끓는 물에 탄산수소나트륨 3 g을 천천히 넣어 완전히 녹입니다. 탄산수소나트륨이 완전히 녹으면 야생 실크 고치를 끓는 물에 넣고 2~3시간 동안 끓입니다.끓인 후, 스패튤라를 사용하여 용액에서 단백질 섬유를 조심스럽게 꺼내고 꽉 짜서 과잉 수분을 제거합니다. 다음으로, 2 L 비커에 담긴 차가운 증류수에 섬유를 담그고 30분씩 2회 세척하여 섬유 표면의 불순물 잔여물을 완전히 제거합니다. 세척 후, 흄 후드 내에서 섬유를 최소 12시간 동안 건조합니다.야생 실크

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

실크 필름은 생물 의학 응용 프로그램의 배열에 대해 쉽게 사용자 지정 biomaterials의 소설 클래스입니다. 제시 실크 영화 문화 시스템의 다양한 고도의...

위한 실크 영화 문화 시스템 체외에서 분석 및 Biomaterial 디자인

거미 실크 옷의 뛰어난 기계적 및 생화 학적 특성에도 불구하고,이 재료는 종래의 방법으로 대량 수확 할 수 없습니다. 여기 차세대 biomaterials 같은 거미 실크의 생산과 사용을 공부 수사관을위한 중요한 과정입니다 인공 거미 실크 섬유를 스핀하는 효율적인 전략을 설명합니다.

실험실 규모의 합성 거미의 실크 생산

거미 실크 섬유는 특별한 기계적 특성을 표시합니다.

전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 정화 장치

뇌의 복잡한 행동에 대한 통찰력을 얻으려면 고급 연구 도구가 필요합니다. 여기에서 우리는 뇌와 유사한 구조를 닮은 신경 조직의 새로운 실크-콜라겐 기반 3D 엔지니어링 모델을 보여줍니다. 이 모델은 뉴런 네트워크 조립, 축삭 유도, 세포-세포 상호 작용 및 전기 활동을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

편광 신경 조직의 엔지니어링 3D 실크 콜라겐 기반 모델

생체 활성 및 기계적으로 신뢰할 수 있는 금속 골격은 다공성 Ti 제조를 위한 동적 동결 주조와 Ti 골격의 코팅 및 치밀화의 두 가지 공정으로 구성된 방법을 통해 제작되었습니다. 밀집화 공정은 간단하고 효과적이며 기능적으로 등급이 매겨진 골격 제작에 적용할 수 있습니다.

바이오 메디컬 응용 프로그램을위한 기계적 조정 및 생리 활성 금속 비계의 제조

나노 입자는 표시의 광범위한 유망 약물 전달 시스템이 등장하고있다. 여기, 우리는 역 설계 누에 나방 실크를 사용하여 실크 나노 입자를 제조 할 수있는 간단하면서도 강력한 방법을 설명합니다. 이들은 실크 나노 용이 치료 페이로드이어서 약물 전달 애플리케이션을 위해 탐색 될 수있다.

실크 나노 입자의 제조 및 약물 전달 응용 프로그램

미세 회전 및 재생성된 실크 fibroin monofilament의 미세 특성화에 대 한 프로토콜 제공 됩니다.

미세 드라이 회전 및 재생성된 실크 Fibroin 섬유의 특성

여기, 우리는 바이러스 성 식 벡터 실크 fibroin 영화를 사용 하 여 뇌에 전달 하는 방법을 제시. 이 메서드는 식 벡터 실크/AAV 코팅된 광섬유, 광섬유 테이퍼 및 두개골 창 사용의 대상된 배달 수 있습니다.

Vivo에서 실크/AAV 영화를 사용 하 여 Optogenetic 단백질의 표적으로 표현

플라스틱 멤브레인이 있는 조직 배양 삽입물은 세포 배양 실험실에서 세포층과 장벽 조직 모델을 확립하기 위한 투과성 지지체로서 황금 표준입니다. 여기에서, 우리는 플라스틱 멤브레인을 재조합 기능화된 거미줄 단백질로부터 만들어진 생물학적으로 더 관련성이 높은 멤브레인으로 대체하는 간단한 방법을 제시한다.

맞춤형 조직 배양 인서트에 재조합 기능성 거미줄로 만든 Nanofibrillar 기저막 모방

DNA 종이 접기 DNA 분자의 자기 조립을 프로그래밍하여 정확한 나노 물체를 제조하기위한 강력한 방법입니다. 여기, 우리는 DNA 종이 접기는 생물학적 신호를 감지하고 모양이 연속적으로 원하는 효과를 전달, 이동하여 응답 할 수있는 로봇 로봇을 설계에 활용 될 수있는 방법에 대해 설명합니다.

DNA 종이 접기에서 바이오 반응 로봇을 설계

학습하세요 실크 단백질 합금 재료 제작 방법을 전자 회로와 통합하여 생체 재료 특성을 조절하는 기술입니다. 이 프로토콜은 생분해성 임플란트 및 의료 기기 개발에 활용됩니다.

바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 실크 실크 단백질 합금 재료 설계

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