WikiDer > Пептидный амфифил

Peptide amphiphile

Пептидные амфифилы (PA) являются пептидмолекулы на основе самостоятельно собрать в супрамолекулярные наноструктуры, в том числе; сферические мицеллы, скрученные ленты и высокое соотношение сторон нановолокна.[1][2] Пептидный амфифил обычно содержит гидрофильную пептидную последовательность, присоединенную к липидному хвосту, то есть гидрофобную алкильную цепь с 10-16 атомами углерода.[3] Поэтому их можно считать разновидностью липопептид.[1] Особый тип PA состоит из чередующихся заряженных и нейтральных остатков в повторяющейся структуре, таких как RADA16-I.[1] PA были разработаны в 1990-х и начале 2000-х годов и могли использоваться в различных областях медицины, включая наноносители, нанопрепараты и агенты визуализации. Однако, возможно, их главный потенциал заключается в регенеративной медицине для культивирования и доставки клетки и факторы роста.[4]

История

Пептидные амфифилы были разработаны в 1990-х годах. Впервые они были описаны группой Мэтью Тиррелл в 1995 г.[5][6] Эти первые зарегистрированные молекулы ПА состояли из двух доменов: один липофильного характера, а другой гидрофильных свойств, что позволило самосборку в сферические супрамолекулярные структуры в результате ассоциации липофильных доменов вдали от растворителя (гидрофобный эффект). , в результате чего образовалось ядро ​​наноструктуры. Гидрофильные остатки подвергаются воздействию воды, что приводит к образованию растворимой наноструктуры.

Работа в лаборатории Сэмюэл И. Ступп Хартгеринк и др. в начале 2000-х сообщили о новом типе ПА, который может самособираться в удлиненные наноструктуры. Эти новые PA содержат три области: гидрофобный хвост, область аминокислот, образующих бета-лист, и заряженный пептидный эпитоп, предназначенный для обеспечения растворимости молекулы в воде.[7][8] Кроме того, PA могут содержать нацеливающий или сигнальный эпитоп, который позволяет сформированным наноструктурам выполнять биологическую функцию, направленную или сигнализирующую, посредством взаимодействия с живыми системами.[9][10] Механизм самосборки этих ПА представляет собой комбинацию водородных связей между аминокислотами, образующими бета-лист, и гидрофобного коллапса хвостов с образованием цилиндрических мицеллы которые представляют пептидный эпитоп с чрезвычайно высокой плотностью на поверхности нановолокна. Путем изменения pH или добавления противоионов для экранирования заряженных поверхностей волокон можно формировать гели. Было показано, что введение растворов пептидных амфифилов in vivo приводит к на месте гелеобразование из-за наличия противоионов в физиологических растворах. Это вместе с полным биоразлагаемость материалов, предлагает многочисленные применения в in vitro и in vivo терапии.

Приложения

Модульный характер химии позволяет настраивать как механические свойства, так и биологическую активность получаемых самоорганизующихся волокон и гелей. Биоактивные последовательности можно использовать для связывания факторов роста, локализации и представления их в клетках с высокой плотностью или для прямого имитации функции эндогенных биомолекул. Эпитопы, имитирующие клей Петля RGD в фибронектин, последовательность IKVAV в ламинин и консенсусная последовательность для связывания сульфат гепарина это лишь некоторые из большой библиотеки синтезированных последовательностей. Было показано, что эти молекулы и материалы, изготовленные из них, эффективны в стимулировании адгезии клеток, заживлении ран, минерализации костей, дифференцировке клеток и даже восстановлении функции после повреждения спинного мозга у мышей.

В дополнение к этому, пептидные амфифилы можно использовать для формирования более сложных архитектур, которые можно настраивать по запросу. В последние годы в результате двух открытий были получены биоактивные материалы с более совершенной структурой и потенциальным применением. В одном исследовании термическая обработка растворов пептидных амфифилов привела к образованию в материале больших доменов двойного лучепреломления, которые можно было выровнять с помощью слабой силы сдвига в один сплошной монодоменный гель выровненных нановолокон. Низкие силы сдвига, используемые при выравнивании материала, позволяют инкапсулировать живые клетки внутри этих выровненных гелей и предлагают несколько применений в регенерирующих тканях, которые зависят от полярности клеток и выравнивания для функции. В другом исследовании комбинация положительно заряженных пептидных амфифилов и отрицательно заряженных длинных биополимеры привело к образованию иерархически упорядоченных мембран. Когда два раствора приводят в контакт, электростатическое комплексообразование между компонентами каждого раствора создает диффузионный барьер, который предотвращает смешивание растворов. Со временем разница осмотического давления приводит к прохождению цепей полимера через диффузионный барьер в компартмент пептидного амфифила, что приводит к образованию волокон, перпендикулярных границе раздела, которые со временем растут. Эти материалы могут быть выполнены в форме плоских мембран или сферических мешочков, капая один раствор в другой. Эти материалы достаточно прочные, чтобы их можно было обрабатывать механически, и можно получить доступ к ряду механических свойств, изменив условия и время роста. Они могут включать биоактивные пептидные амфифилы, инкапсулировать клетки и биомолекулы, а также являются биосовместимыми и биоразлагаемыми.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Хэмли, И. У. (18 апреля 2011 г.). «Самосборка амфифильных пептидов» (PDF). Мягкая материя. 7 (9): 4122–4138. Bibcode:2011SMat .... 7,4122H. Дои:10.1039 / C0SM01218A. ISSN 1744-6848.
  2. ^ Дехсорхи, Ашкан; Кастеллетто, Валерия; Хэмли, Ян В. (2014). «Самособирающиеся амфифильные пептиды». Журнал пептидной науки. 20 (7): 453–467. Дои:10.1002 / psc.2633. ISSN 1099-1387. ЧВК 4237179. PMID 24729276.
  3. ^ Хэмли, Ян В. (2015). «Липопептиды: от самосборки к биоактивности». Химические коммуникации. 51 (41): 8574–8583. Дои:10.1039 / C5CC01535A. ISSN 1364-548X. PMID 25797909.
  4. ^ Руберт Перес, Чарльз М .; Стефанопулос, Николай; Сур, Шантану; Lee, Sungsoo S .; Ньюкомб, Кристина; Ступп, Самуэль И. (март 2015 г.). «Мощные функции биоактивных матриц на основе пептидов для регенеративной медицины». Анналы биомедицинской инженерии. 43 (3): 501–514. Дои:10.1007 / s10439-014-1166-6. ISSN 0090-6964. ЧВК 4380550. PMID 25366903.
  5. ^ Юй Инь-Цзин; Берндт, Питер; Тиррелл, Мэтью; Филдс, Грегг Б. (1 января 1996 г.). «Самособирающиеся амфифилы для построения белковой молекулярной архитектуры». Журнал Американского химического общества. 118 (50): 12515–12520. Дои:10.1021 / ja9627656. ISSN 0002-7863.
  6. ^ Берндт, Питер; Поля, Грегг Б .; Тиррелл, Мэтью (1 сентября 1995 г.). «Синтетическое липидирование пептидов и аминокислот: структура и свойства монослоя». Журнал Американского химического общества. 117 (37): 9515–9522. Дои:10.1021 / ja00142a019. ISSN 0002-7863.
  7. ^ Хартгеринк, Дж. Д. (23 ноября 2001 г.). "Самосборка и минерализация нановолокон пептид-амфифил". Наука. 294 (5547): 1684–1688. Bibcode:2001Sci ... 294.1684H. Дои:10.1126 / science.1063187. OSTI 1531578. PMID 11721046. S2CID 19210828.
  8. ^ Хартгеринк, Джеффри Д .; Бениаш, Элиа; Ступп, Сэмюэл И. (16 апреля 2002 г.). «Пептид-амфифильные нановолокна: универсальная основа для приготовления самособирающихся материалов». Труды Национальной академии наук. 99 (8): 5133–5138. Дои:10.1073 / pnas.072699999. ISSN 0027-8424. ЧВК 122734. PMID 11929981.
  9. ^ Цуй, Хунган; Уэббер, Мэтью Дж .; Ступп, Сэмюэл И. (20 января 2010 г.). «Самосборка пептидных амфифилов: от молекул до наноструктур и биоматериалов». Биополимеры. 94 (1): 1–18. Дои:10.1002 / bip.21328. ЧВК 2921868. PMID 20091874.
  10. ^ Хендрикс, Марк П .; Сато, Кохей; Палмер, Лиам К.; Ступп, Сэмюэл И. (17 октября 2017 г.). «Супрамолекулярная сборка пептидных амфифилов». Отчеты о химических исследованиях. 50 (10): 2440–2448. Дои:10.1021 / acs.accounts.7b00297. ISSN 0001-4842. ЧВК 5647873. PMID 28876055.