Proteiner koreograferer den uendelig lille dans af levende celler og funktionelle biomaterialer

Et tværfagligt forskerhold ved Lehigh University har afsløret, hvordan funktionelle biomaterialer er afhængige af et grænsefladeproteinlag til at transmittere signaler til levende celler vedrørende deres adhæsion, spredning og overordnet udvikling.

Ifølge en artikel offentliggjort i dag i Videnskabelige rapporter , nanoskalaegenskaberne og egenskaberne af et underliggende substrat påvirker ikke cellernes biologiske respons direkte. Imidlertid, disse egenskaber påvirker indirekte celleadfærd gennem deres kontrol over adsorberede proteiner.

I artiklen, "Nanostruktur af bioaktivt glas påvirker knoglecellevedhæftning via proteinomstrukturering ved adsorption, Lehigh-teamet demonstrerer, at levende celler reagerer på grænsefladelagskarakteristika, der opstår som en konsekvens af strukturer i mikro- og nanoskala, der er konstrueret til et substratmateriale. Disse uendeligt små strukturer har en enorm indflydelse på proteinernes natur og hvordan de omstrukturere sig selv og interagere elektrostatisk med materialet, hvilket igen påvirker måden, hvorpå celler binder sig til substratet og udvikler sig over tid.

"Der er andre, der har studeret grænsefladeproteinlaget, " siger Himanshu Jain, den T.L. Diamond Distinguished Chair in Engineering and Applied Science og professor i Materials Science and Engineering ved Lehigh, der også fungerer som direktør for Lehigh's Institute for Functional Materials and Devices (I-FMD). "Men dette arbejde viste direkte og utvetydigt for første gang, hvordan nogle specifikke nanoskala-træk ved substratet kan påvirke den sekundære molekylære struktur af den proteinerede grænseflade, som igen påvirker reaktionen fra cellerne, der er tusindvis af gange større."

Matthias Falk, der sammen med professor Jain vejleder denne forskning, er professor i cellebiologi ved Lehigh's College of Arts and Sciences. Holdet rundes af to ph.d.-studerende i fællesskab under tilsyn af Falk og Jain - Dr. Tia Kowal, der modtog ph.d. i biologiske videnskaber og er nu postdoc-forsker ved Stanford Medicine, og hovedforfatter Dr. Ukrit Thamma, som afsluttede sin doktorgrad i Materials Science and Engineering og nu er underviser ved King Mongkut's University of Technology i Bangkok, Thailand.

"Lehigh bliver i stigende grad anerkendt som et sted, hvor tværfaglig teamvidenskab slår rod og blomstrer, " siger Jain. "Oprettelsen og missionen af ​​Lehighs tværfaglige forskningsinstitutter er et strategisk udtryk for denne forestilling - og dette projekt er et udtryk for denne forestilling i handling. Og den afgørende rolle, som vores elever spiller, med støtte fra et bredt fakultetsteam, taler for sig selv."