Forskere anvender en ny tilgang til at samle peptoider på en fast overflade

Naturen samler udsøgt proteiner og peptider til højt ordnede funktionelle materialer, såsom dem, der er kritiske for knogledannelse. Disse naturlige materialer inspirerer forskere til at innovere tilgange til at efterligne naturen til en række potentielle biomedicinske anvendelser. For nylig samlede Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)-ledede materialeforskere netværk af højt ordnede syntetiske proteinlignende polymerer (peptoider) på en flad overflade, markerer et stort gennembrud inden for biomimetiske belægninger.

Det forskerhold, ledet af PNNL's Chun-Long Chen, med succes opnået selvsamling af peptoider til netværk af sekskantet mønstrede nanobånd på mineraloverflader. Hvad betyder det for en, der ikke er materialeforsker? Det betyder, at forskerne har coatet proteinlignende molekyler på faste overflader på en meget velordnet måde for at skabe materialer, der ligner hårdt vævsoverflader, som knogler eller havskaller. Dette svarer til, hvordan naturligt forekommende proteiner danner organiserede arrays for at give væv unikke egenskaber. Forskernes nye tilgang kan potentielt føre til udvikling af biomimetiske belægningsmaterialer til en række forskellige anvendelser.

Proteiner, der findes i naturen, danner de molekylære maskiner, der gør livet muligt. Peptoider er meget stabile, proteinlignende molekyler udviklet af forskere til at efterligne naturlige proteiner. De er billige, alsidig, og kan tilpasses og kan designes til at have specifikke former og funktioner. Molekylær selvsamling er nøglen i biologi til at bygge veldefinerede proteinmaterialer. Forskerne var i stand til at opnå en kontrollerbar selvsamling af peptoider på en flad overflade ved at manipulere interaktioner på molekylært niveau gennem avancerede kemi- og mikroskopiteknikker.

Deres gennembrud giver en ny og robust platform, hvorfra man kan samle sekvensdefinerede syntetiske polymerer til biomimetiske materialer. Resulterende anvendelser fra videnskaben kunne omfatte overfladebelægninger med justerbare funktioner til brug i knoglereparation eller regenerering, celleadhæsion, antifouling, antibakterielle aktiviteter, og mere.

Chens forskerhold opnåede den kontrollerbare samling af sekvensdefinerede peptoider ved at manipulere deres sidekædekemi for at tune molekylære interaktioner. De brugte derefter et specielt mikroskop, der kan se molekyler til at observere peptoid-samlingen i realtid. Forskere målte også, hvor meget energi det tog at trække peptoiderne væk fra hinanden og fra mineraloverfladen. De kombinerede resultater gjorde det muligt for holdet bedre at forstå de mekanismer, der fører til samling af disse peptoider til sekskantede nanobånd. De demonstrerede yderligere, at overfladestyret peptoidsamling kan bruges som et værktøj til at fremstille biomimetiske belægningsmaterialer med kontrollerede funktionaliteter.

Holdet presser peptoider til at gøre mere gennem PNNL's Materials Synthesis and Simulation Across Scales Initiative og US Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences' Biomolecular Materials Program. De studerer peptoidernes evne til at samle sig selv både på faste overflader og i opløsning for at udvikle nye materialer, såsom biomimetiske membraner. Ultimativt, de håber at opnå en mere fuldstændig forståelse af peptoid-samling, der er programmerbar og forudsigelig.