Efterligner biologisk proces, hydrogel signalerer og frigiver proteiner

Et kunstigt system ved hjælp af en DNA-snøret hydrogel kan modtage et kemisk signal og frigive det passende protein, ifølge forskere fra Penn State. Yderligere stimulering af det kemiske signal fortsætter med at udløse et svar.

En hydrogel er et netværk af polymerkæder, der tiltrækker vand og kan bruges til at simulere biologisk væv.

Mange systemer i celler og i menneskekroppen er oprettet med en signal- og responsvej. En af de mest kendte er glukose, et lille sukker, der udløser frigivelse af insulin.

Vi har kun gjort dette for nylig i en petriskål, "sagde Yong Wang, professor i biomedicinsk teknik. "Vi lavede test med glatte muskelceller, men vi vil selvfølgelig gerne gøre dette i et levende dyr. "

Forskerne rapporterer i november -udgaven af Kemisk videnskab , "Med rationelt design, dette biomimetiske hydrogel -system ville udgøre en generel platform for styring af output af signalproteiner til alsidige potentielle anvendelser såsom lægemiddellevering, celle regulering, molekylær sansning og regenerativ medicin. "

Hydrogel, lavet af polyethylenglycol, er infunderet med to forskellige typer DNA. Den ene er en aptamer - en kort DNA -streng, der fastgøres til det kemikalie, forskerne ønsker at frigive i cellen. I tilfælde af glukose og insulin, aptamer ville binde med insulin det "lægemiddel", forskerne ønsker at frigive. Den anden type er et dobbeltstrenget spiralformet molekyle af DNA valgt til at reagere med metabolitsignalet-glukose-og starte den kemiske frigivelse.

Når signalmolekylet når en dobbelt streng af DNA, DNA'et deler sig i to tråde. Den ene streng binder sig til molekylet, og den anden bevæger sig mod aptameren og tvinger den til at frigive det protein, der er bundet til det. Proteinet kan derefter bevæge sig gennem cellerne til dets normale bindingssted og udføre sine normale handlinger.

"Dette var ikke en simpel proces at oprette, "sagde Wang." En kandidatstuderende arbejdede på det i tre år, før han gav op. I alt, det tog fire til fem år at komme så langt. "Forskerne brugte adenosin som signalkemikalie og blodpladeafledt vækstfaktor som signalproteinet, der skulle frigives. Systemet kan gentage sekvensen, frigive signalproteiner, indtil der ikke er mere at frigive.

"Vi ved endnu ikke, hvordan vi let kan genopbygge proteinerne, "sagde Wang.

Forskerne testede hydrogel-systemet adenosin-PDGF-BB og fandt ud af, at uden et signalkemikalie, mængden af ​​signalprotein frigivet af hydrogel var meget lille. Da signalkemikaliet - adenosin - blev påført, hydrogelen frigav omkring 28 procent af målsignalproteinet-PDGF-BB. Andre kemikalier, der ligner adenosin, ligesom guanosin og uridin forårsagede ikke frigivelse af PDGF-BB fra hydrogel.

"Til sidst vil vi gerne bruge dette system til kontrolleret levering af lægemidler og andre biologiske handlinger, "sagde Wang.