Peptit dizilerinin tasarımı sayesinde, peptitler arasındaki kovalent olmayan etkileşimler, nanotüpler, nanoşeritler, nanofiberler ve küresel yapılar dahil olmak üzere sıralı mikro ve nanometre yapılarının oluşumuna yol açarak kendi kendine birleşmeyi indükler1. Mikro ve nanometre fiberlere/şeritlere kendi kendine monte edildiğinde, bu yapılar makroskopik olarak hidrojel özellikleri sergiler. Peptit kendi kendine birleşen hidrojeller, kovalent olmayan etkileşimler yoluyla kendi kendine bir araya gelmeleri, jel formlarının tersine çevrilebilir olması ve çözelti ile jel fazları2 arasında geçiş yapmak için belirli koşullara kolayca yanıt vermeleri bakımından polimer hidrojellerden farklıdır. Örneğin, aromatik amino asit peptitleri, çözücü anahtarlamasına dayalı olarak jelatinleşmeyeindüklenebilir 3,4,5, RADA16 peptitleri, katyonik ve anyonik elektrostatik etkileşimler6 yoluyla jeller oluşturur ve E1Y9 peptit,Ca2+ iyonları 7 yoluyla bir hidrojel oluşturmak üzere indüklenir. Doğal amino asitler insan vücudu tarafından metabolize edilebilir ve polimer hidrojellerin elde edemediği bir özellik olan mükemmel biyouyumluluk sunar8. Proteinler biyolojik işlevleri yerine getiren moleküllerdir ve peptit dizilerindeki farklılıklar kendi spesifik biyolojik işlevlerini oluşturur. Bu nedenle, spesifik biyofonksiyonel peptit dizilerinin gömülmesi ve bunlara kendi kendine birleşme özelliklerinin kazandırılması, benzersiz biyolojik işlevlere ve morfolojilere sahip peptit kendi kendine birleşen hidrojeller tasarlayabilir 9,10,11. Bu makale, jelleşme işleminin çevresel duyarlılık ile tetiklendiği peptit hidrojellerin hazırlanması için üç yöntem sunmaktadır. Ayrıca, peptit hidrojellerin mekanik özelliklerini ve morfolojisini karakterize etmek için yöntemleri kısaca tartışır.
PH, amino asitlerin yükünü düzenleyerek bazı peptitlerin jelleşmesini tetikler. Örneğin, pozitif yüklü amino asitler (örneğin, arginin, lizin, histidin), pozitif veya nötr durumlara ulaşmak için pH tarafından düzenlenir. Negatif yüklü amino asitler, negatif veya nötr durumlar elde etmek, izoelektrik noktalarından uzaklaşmak ve böylece sulu çözeltilerde hidrofilikliklerini değiştirmek için pH ile düzenlenir. Bu nedenle, peptitler arasındaki elektrostatik ve hidrofobik etkileşimleri kontrol etmek, sıralı kendi kendine montajlarını kolaylaştırır. Zhang ve ark. hem in vitro hem de in vivo olarak hafif asidik ortamlara yanıt veren ve soldan jele faz geçişi sağlayan amfifilik pH'a duyarlı kendi kendine birleşen bir peptit, metotreksat bağlantılı KKFKFEFEF tasarladı. Bu, verimli hücresel alıma ve endositoza yol açar, böylece anti-kanser ilaçları verir ve kemoterapi etkinliğini artırır12. Shen ve ark.13 , 9.4'ten daha yüksek bir pH'ta liflere kolayca kendi kendine bir araya gelen FF8 (KRRFFRRK) peptidini tasarladı. Nötr koşullar altında, mikroorganizmalar, negatif yüklü fosfolipid zarları ile elektrostatik etkileşimler nedeniyle pozitif yüklerini nötralize eder, fosfolipid molekülleri ile kendi kendine birleşmek için koordine eder, zar yırtılmasına neden olur ve bakterisidal etkileri arttırır13.
Koordinasyon metalleri kullanılarak peptit supramoleküler kendi kendine montajın hidrojellere tetiklenmesi nispeten nadir bir yöntemdir14. Metal iyonları peptitlerle elektrostatik olarak etkileşime girdiğinde, peptit moleküllerini birbirine bağlayan tuz köprüleri oluştururlar, bu da kovalent olmayan etkileşimlere ve kendi kendine birleşmeye yol açar, bu da jelleşme özelliklerine neden olur. Örneğin, Abul-Haija ve ark.15 , bakır iyonlarının eklenmesiyle bir sıvıdan bir hidrojele geçiş yapan tripeptit FFD'yi tasarladı. Tao ve ark.16 , çinko iyonlarının varlığında fibröz hidrojeller halinde kendi kendine birleşen ve prostat ilaç dağıtımı için kullanılan glutamik asit ve fenilalanin açısından zengin peptit E3F3'ü geliştirdi.
Peptit hidrojellerin çözücü değişimi oluşumu, en yaygın supramoleküler kendi kendine toplanma tetikleme koşuludur. Hidrofobik peptitler organik çözücüler içinde çözündükten sonra, hidrofobik grupları tamamen açığa çıkar. Sulu bir faza aktarıldığında, hidrofobik gruplar birbirine yaklaşır ve su molekülleri, peptit hidrojen bağlarının oluşumunu kolaylaştırır, bu da hızlı kendi kendine toplanmaya ve hidrojellerin kolay oluşumuna yol açar. Örneğin, Zhang ve ark.17 , polar organik çözücülerde yüksek konsantrasyonlarda stabil bir şekilde çözünebilen ve su ile seyreltildikten sonra, peptit lifi hidrojelleri oluşturmak için β tabakalı yapılara kendi kendine monte edilebilen bir peptit tasarladı. Shen ve ark.13 , dimetil sülfoksit (DMSO) içinde önceden çözündürülmüş ve daha sonra indirgeyici bir hidrojel oluşturmak üzere sulu bir faza enjekte edilmiş, iskemi-reperfüzyon tarafından üretilen reaktif oksijen türlerinin hedefli olarak uzaklaştırılması için kullanılan ve daha sonra süpürme işleminden sonra bir çözeltiye indirgenen indirgeyici bir peptit ECF-5 (ECAFF) tasarladı.
Bu çalışma, önceki deneyimlere dayalı olarak üç basit, hızlı ve oldukça genelleştirilebilir peptit hidrojel hazırlama stratejisi seçmiştir: (1) pH yanıt yöntemi: peptitler, izoelektrik noktalarından uzak bir pH'a sahip bir çözelti içinde çözülür ve daha sonra pH, izoelektrik noktaya yakın olacak şekilde ayarlanır. Bu değişiklik, kendi kendine birleşen belirli peptitlerin lifler oluşturmasına ve peptit hidrojelleri oluşturmasına izin verir; (2) Metal iyonu ekleme yöntemi: koordinasyon katyonları, suda çözünür, negatif yüklü kendi kendine birleşen peptitlere eklenir. Peptitler arasındaki metal koordinasyon şelasyonu, hidrojellere kendi kendine montajlarına yol açar; (3) Çözücü değiştirme yöntemi: yüksek konsantrasyonlu peptitler organik çözücüler içinde çözülür ve daha sonra jelleşme davranışına neden olarak sulu bir faza seyreltilir.