Przygotowanie stabilnych mechanicznie samoorganizujących się hydrożeli peptydowych

Podsumowanie

Ten protokół przedstawia trzy szybkie i proste metody przygotowania, które wykorzystują warunki środowiskowe do wywołania samoorganizacji peptydów w hydrożele. Dodatkowo opisano charakterystykę hydrożeli peptydowych, wykazując, że w tych prostych warunkach mogą powstawać mechanicznie stabilne hydrożele peptydowe.

Streszczenie

Hydrożele peptydowe to wysoce hydrofilowe, trójwymiarowe żele sieciowe powstałe w wyniku samoorganizacji nanowłókien lub polimerów, tworzących sieci blokujące wodę. Ich morfologia jest bardzo podobna do morfologii macierzy zewnątrzkomórkowej, dzięki czemu mogą wykazywać zarówno biologiczne funkcje peptydów, jak i responsywne właściwości żelowania. Te unikalne cechy doprowadziły do ich szerokiego zastosowania w inżynierii tkankowej, trójwymiarowych hodowlach komórkowych, terapii nowotworów, medycynie regeneracyjnej i innych dziedzinach biomedycznych. W artykule opisano trzy metody wytwarzania hydrożeli peptydowych ECF-5 przy użyciu samoorganizujących się peptydów z procesami żelowania reagującymi na środowisko: (1) żelowanie reagujące na pH: różne poziomy pH indukują protonację lub deprotonację reszt aminokwasowych, zmieniając oddziaływania elektrostatyczne między cząsteczkami peptydów i promując ich samoorganizację w hydrożele; (2) Dodatek jonów metali: chelat wielowartościowych jonów metali z ujemnie naładowanymi resztami aminokwasowymi, działającymi jako mostki między peptydami, tworząc hydrożel sieciowy; (3) Wymiana rozpuszczalnika: peptydy hydrofobowe są początkowo rozpuszczane w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, a następnie indukują samoorganizację w hydrożele po przejściu do polarnego środowiska wodnego. Metody te wykorzystują konwencjonalne procedury eksperymentalne w celu ułatwienia samoorganizacji peptydów w hydrożele. Projektując sekwencje peptydowe w taki sposób, aby dostosowały się do określonych warunków indukujących żelowanie, możliwe jest uzyskanie precyzyjnie dostrojonych mikro/nanostruktur i funkcji biologicznych, podkreślając znaczący potencjał hydrożeli peptydowych w dziedzinie biomedycyny.

Wprowadzenie

Poprzez projektowanie sekwencji peptydowych, niekowalencyjne interakcje między peptydami wywołują samoorganizację, prowadząc do powstania uporządkowanych struktur mikro- i nanometrowych, w tym nanorurek, nanowstążek, nanowłókien i struktur sferycznych¹. Po samodzielnym złożeniu w mikro- i nanometrowe włókna/wstęgi, struktury te makroskopowo wykazują właściwości hydrożelowe. Samoorganizujące się hydrożele peptydowe różnią się od hydrożeli polimerowych tym, że samoorganizują się poprzez oddziaływania niekowalencyjne, ich forma żelowa jest odwracalna i łatwo reagują na określone warunki przejścia między fazą roztworu i żelu²

Protokół

Szczegóły dotyczące plazmidów, odczynników i sprzętu użytego w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Metoda odpowiedzi pH

1. Dodać 5 mg peptydów ECF-5 do 400 μl wody dejonizowanej. Sonikować przy 40 kHz przez 30 minut i dokładnie wymieszać.
2. Dodać 40 μl wodorotlenku sodu (1 M, przefiltrowanego przez filtr 0,22 μm) do roztworu peptydu. Zmieszaj i dokładnie wymieszaj. Kontynuuj sonikację przez 15 minut, aż roztwór całkowicie się wyklaruje.
3. Dodać 60 μl kwasu solnego. Szybko zwiruj i zapewnij dokładne wymieszanie. Pozostaw mieszaninę w temperaturze pokojowej na ponad 30 m....

Wyniki

Trzy opisane w niniejszym artykule metody przygotowywania hydrożeli peptydowych umożliwiają szybką, niedrogą i prostą produkcję. Funkcja hydrożelu jest zależna od jego sekwencji peptydowej. W niniejszej pracy wykorzystano peptyd ECF-5 jako reprezentatywny przykład w celu zademonstrowania jego właściwości fizycznych, w tym morfologii mikroskopowej oraz właściwości mechanicznych.

Jak pokazano w Rycina 1A i Rycina uzupełniająca 1peptyd ECF-5 zawiera .......

Dyskusja

W ciągu ostatnich kilku dekad, po odkryciu samoorganizujących się sekwencji peptydowych pochodzących z białek amyloidowych, zaprojektowano wiele samoorganizujących się peptydów w oparciu o ich właściwości, wykazując znaczny potencjał zastosowań w biomedycynie i materiałoznawstwie¹⁹. Hydrożele peptydowe wykazały wyjątkowe zdolności biofunkcjonalizacji w hodowli tkankowej, dostarczaniu leków i leczeniu nowotworów²⁰.

W artykule opisano proste i szyb.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
3-aminopropylo)trietoksysilan	Aladyn	A107147	/
Mikroskopia sił atomowych	Wielomodowy nanoskop Bruker	VIII	/
CaCl < sub> 2< / sub>	Aladyn	C290953	/
Difenyloalanina (FF)	Chiński peptyd	konfigurowalny	Czystość > 95%
DMSO	Sigma-aldrich	34869	/
Peptydy ECF-5 Sekwencja	chińskich peptydów	: ECAFF	Czystość > 95%
Kwas solny	Aladyn	H399657	/
Mica	Sigma-aldrich	AFM-71856-02	/
Sól fizjologiczna buforowana fosforanem	Aladdin	P492453	/
Reometr	Anton Paar GmbH	MCR302	/
Wsporniki krzemowe	MikroMasch	XSC11	/
Chlorek sodu	Aladdin	C111549	/
Wodorotlenek sodu	Aladdin	S140903	/
TRIS Chlorowodorek	Aladdin	T431531	/