Åbner et nyt kapitel i antistofmimetik

Antistoffer er proteiner, der fungerer som genkendelsesmolekyler for patogener, som virus og bakterier, og er arbejdshestene i kroppens immunsystem. De genkender specifikke molekyler og binder sig meget stærkt til dem, hvilket gør dem ideelle til biomedicinske applikationer som diagnostik eller terapeutiske behandlinger. Desværre, produktion af antistoffer er dyrt, og de er ikke særlig stabile. Dette har motiveret et stigende antal kemikere til at udforske nye syntetiske materialer, der kan efterligne vigtige aspekter af antistofstruktur og funktion. Ikke desto mindre, det er fortsat en grundlæggende udfordring at skabe kemisk forskellige populationer af proteinlignende, foldede syntetiske nanostrukturer, der kan skræddersyes til specifikt at binde patogener og andre molekyler.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i ACS Nano , et team af støberipersonale, arbejder tæt sammen med brugere fra UC San Francisco, Pacific Northwest National Laboratory, og New York University, har udviklet en ny metode til hurtigt at syntetisere og screene biblioteker af todimensionelle peptoid nanostrukturer, der er i stand til selektivt at binde målproteiner. Peptoider er bioinspirerede, sekvensdefinerede molekyler, der fungerer som byggesten til at konstruere proteinlignende strukturer.

"Vi kan nu let opbygge populationer af syntetiske materialer, der kan konstrueres til at genkende et potentielt patogen, "sagde Ron Zuckermann, en seniorforsker ved støberiet, der ledede undersøgelsen. "Det er et lysende eksempel på biomimetisk nanovidenskab:at skabe funktionelle kemiske arkitekturer fra foldede, informationsrige polymerkæder."

Zuckermann og hans kolleger designede en familie af peptoid-polymerer til at folde til ordnede nanoark, der viser en høj tæthed af forskellige peptoid-løkker på deres overflade, som en molekylær version af velcro. Tætheden af ​​løkker på nanoarket tilbyder flere steder for vedhæftning til målproteiner og øger bindingsselektivitet og følsomhed.

En af de største begrænsninger for at screene store biblioteker af foldede nanostrukturer er kompleksiteten af ​​deres syntese. Forskerholdet arbejdede på at automatisere næsten alle trin i syntese- og screeningsprocessen - fra den kemiske syntese af loop-holdige peptoider (loopoider), samle loopoiderne til nanoark, screening af loopoid nanosheets mod forskellige proteiner for bindingsaktivitet (hits), og validering af hits.

Ved hjælp af denne nye procedure, forskerne identificerede en peptoid struktur, der let og selektivt binder til miltbrandbeskyttende antigen, et toksin-relateret protein.

"Dette arbejde var resultatet af en kæmpe indsats fra en række institutioner og repræsenterer en milepæl for området, sagde Zuckermann.

Optimering af syntesen, montage, og screeningsprocesser giver en skalerbar strategi til generering og screening af store kemiske biblioteker af 2-D-nanomaterialer, der kan udvise kraftig og selektiv binding til målproteiner. Disse egenskaber skulle give mulighed for hurtig opdagelse af patogenspecifikke bindingsmaterialer og have en indvirkning på mange biomedicinske anvendelser såsom sansning, diagnostik, og terapeutiske midler.