Selvmontering af stimuli-responsive spolede spole fiberholdige hydrogeler

Jin Kim Montclare, professor i kemisk og biomolekylær teknik, med tilhørsforhold til NYU Langone Health og NYU College of Dentistry, ledet denne forskning med første forfatter Michael Meleties, kollega ph.d. studerende Dustin Britton, postdoktor Priya Katyal, og bachelor -forskningsassistent Bonnie Lin.

På grund af deres afstembare egenskaber, hydrogeler, der omfatter stimuli-følsomme polymerer, er blandt de mest tiltalende molekylære stilladser, fordi deres alsidighed giver mulighed for anvendelser inden for vævsteknik, levering af lægemidler og andre biomedicinske områder.

Peptider og proteiner bliver stadig mere populære som byggesten, fordi de kan stimuleres til selvsamling til nanostrukturer, såsom nanopartikler eller nanofibre, som muliggør gelering - dannelsen af ​​supramolekylære hydrogeler, der kan fange vand og små molekyler. Ingeniører, at generere sådanne smarte biomaterialer, udvikler systemer, der kan reagere på et væld af stimuli, herunder varme. Selvom termofølsomme hydrogeler er blandt vidt undersøgt og velforstået klasse af proteinbiomaterialer, der er efter sigende også gjort betydelige fremskridt med at inkorporere stimuli-respons, herunder pH, lys, ionstyrke, redox, samt tilsætning af små molekyler.

NYU Tandon -forskerne, der tidligere rapporterede en responsiv hydrogel dannet ved hjælp af et spolet spoleprotein, Q, udvidede deres undersøgelser til at identificere gelering af Q -protein ved forskellige temperaturer og pH -betingelser.

Ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi, reologi og strukturelle analyser, de observerede, at Q selv samler sig og danner fiberbaserede hydrogeler, der udviser øvre kritisk opløsningstemperatur (UCST) adfærd med øgede elastiske egenskaber ved pH 7,4 og pH 10. Ved pH 6, imidlertid, Q danner polydisperse nanopartikler, som ikke yderligere samler sig selv og undergår gelering. Den høje positive nettoladning af Q ved pH 6 skaber betydelig elektrostatisk frastødning, forhindrer dets gelering. Denne undersøgelse vil potentielt guide udviklingen af ​​nye stilladser og funktionelle biomaterialer, der er følsomme over for biologisk relevante stimuli

Montclare forklarede, at faseadfærd ved øvre kritisk opløsningstemperatur (UCST) er kendetegnet ved en opløsning, der danner en hydrogel, når den afkøles under en kritisk temperatur.

"I vores tilfælde, det skyldes den fysiske tværbinding/sammenfiltring af fibre, som vores fiberbaserede hydrogel dannes ved afkøling, " hun sagde, tilføjer, at når temperaturen hæves over den kritiske temperatur, hydrogel overgår tilbage til opløsning, og de fleste af fibrene skal løsne sig.

"I vores undersøgelse, vi kiggede på, hvordan denne proces påvirkes af pH. Vi mener, at den høje nettoladning af proteinet ved pH 6 skaber elektrostatiske frastødninger, der forhindrer proteinet i at samle sig til fibre og videre til hydrogeler, mens ved højere pH, hvor der ville være mindre elektrostatisk frastødning, proteinet er i stand til at samle sig til fibre, der derefter kan undergå gelering. "