[ad_1]
Те, кто пробовал выковыривать мидию из чего угодно, от дерева до камня, знают, насколько упрямы подводные моллюски — и их клейкий секрет давно пленил ученых. В течение многих лет исследователи пытались воспроизвести необычный клей и его свойства в лаборатории, ориентируясь на некоторые из восьми белков, которые выделяют мидии и используют для покрытия органа, называемого ногой, который мидии используют для прикрепления к поверхностям.
Теперь, используя новый метод расположения молекул, исследователи из Северо-Западного университета создали материал, который работает даже лучше, чем клей, который они пытались имитировать. Их результаты, опубликованные 3 марта в Журнале Американского химического общества, расширяют возможности использования этих белковоподобных полимеров в качестве платформы для создания новых материалов и терапевтических средств.
«Полимер можно использовать в качестве клея в биомедицинском контексте, что означает, что теперь вы можете приклеивать его к определенной ткани в организме», — сказал Натан Джаннески из Northwestern. «И держите рядом другие молекулы в одном месте, что было бы полезно при заживлении или восстановлении ран».
Джаннески руководил исследованием и является профессором химии Джейкоба и Розалины Кон в Колледже искусств и наук Вайнберга на Северо-Западе.
Белки, подобные тем, которые выделяются ножками мидий, существуют в природе. Эволюция вошла в привычку создавать эти длинные, линейные цепи аминокислот, которые повторяются снова и снова (так называемые белки с тандемными повторами, или TRP). Временами кажущиеся эластичными, прочными и липкими, белковые каркасы обнаруживаются в крыльях и ногах насекомых, шелке пауков и ногах мидий. Ученым известны точные первичные последовательности аминокислот, из которых состоят многие такие белки, но им трудно воспроизвести сложный естественный процесс, сохранив при этом исключительные качества.
Первый автор статьи Ор Бергер, исследователь с докторской степенью в лаборатории Джаннески, изучающий пептиды — те самые цепочки аминокислот, — пришел к идее о том, как по-разному расположить строительные блоки аминокислот, чтобы воспроизвести свойства, а не напрямую копировать структуру белков мидий. .
Взяв строительный блок одного из белков (повторяющийся декапептид, последовательность из 10 аминокислот, составляющих белок ножки мидии) и вставив его в синтетический полимер, Бергер подумал, что свойства могут быть улучшены.
Будучи заместителем директора Международного института нанотехнологий, Джаннески построил большую часть своей лаборатории вокруг идеи имитации функций белков с помощью химии полимеров. В рамках прецизионной терапии медикаментозная терапия, такая как антитела и другие малые молекулы, борется с некоторыми заболеваниями, когда наноноситель используется для более эффективной доставки лекарства к цели. Но Джаннески говорит, что репликация белков может по-другому подойти к биологическим проблемам, изменив взаимодействия внутри и между клетками, которые участвуют в развитии болезни, или между клетками, тканями и материалами.
«Белки выстраивают аминокислоты в виде цепочек, но вместо этого мы взяли их и расположили параллельно на плотной синтетической полимерной основе», — сказал Джаннески. «Это было то же самое, что мы начали делать для контроля конкретных биологических взаимодействий, поэтому та же технология платформы, которую мы будем использовать для будущей терапии, действительно стала потенциально интересной в материаловедении».
В результате получилось нечто, похожее на кисть пептидов, а не на соединение аминокислот по прямой линии в виде цепочки. В то время как новый процесс может показаться добавлением дополнительной стадии, формирование белковоподобных полимеров (PLP) пропускает несколько стадий, что требует от исследователей формирования пептидов в легкодоступном синтезаторе и вставки их в плотно упакованную основу, а не через утомительные этапы белкового синтеза. выражение.
Чтобы проверить эффективность нового материала, исследователи нанесли либо полимерный материал, либо нативный белок мидий на стеклянные пластины. Исследователи поместили клетки на пластины, а затем, после их промывки, оценили количество присутствующих клеток, прикрепленных или нет, чтобы определить, насколько хорошо работают материалы. Они обнаружили, что PLP образует клеточный суперклей, оставляя больше прикрепленных клеток по сравнению с нативной смесью и необработанной пластиной.
«На самом деле мы не собирались улучшать свойства мидий, — сказал Бергер. «Мы только хотели имитировать его, но когда мы протестировали его в нескольких различных анализах, мы действительно получили лучшие свойства, чем нативный материал в этих условиях».
Команда надеется, что модель может быть широко применима к другим белкам, которые повторяют свою последовательность, чтобы получить функцию новым способом репликации белков. Они предполагают, что такая платформа может работать лучше, чем их собственные аналоги, потому что они более плотные и масштабируемые. Джаннески сказал, что это первая из многих статей, в которых обсуждаются белковые имитаторы на основе полимеров, и он уже думает о применении будущих материалов.
Резилин, например, эластичный белок, содержащийся в ногах и крыльях насекомых, можно использовать для создания гибких дронов и другой робототехники.
«Когда вы говорите о полимерах, некоторые люди сразу же думают о пластиковых пакетах и бутылках», — сказал Джаннески. «Вместо этого это очень функциональные, передовые прецизионные материалы, которые стали доступными».
Джаннески и Бергер являются изобретателями интеллектуальной собственности в этой сфере. Джаннески также является профессором биомедицинской инженерии, материаловедения и инженерии в Инженерной школе Маккормика и членом Института химии жизненных процессов, Института Симпсона Куэрри и Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета. Он является соучредителем компании Grove Biopharma, которая стремится разрабатывать версии этих материалов для трансляционной терапии.
Исследование «Протемиметический полимер, вдохновленный адгезивом мидий» проводилось группой специалистов из Северо-Запада с помощью лабораторий профессоров химической и биологической инженерии Мучжоу Ван и Даниэль Таллман-Эрчек. Исследование было поддержано Отделом исследования материалов Национального научного фонда (номер премии 2004899).
Связанный
[ad_2]
Source