机械稳定的自组装肽水凝胶的制备

摘要

该方案提出了三种快速简单的制备方法，它们利用环境条件触发肽自组装成水凝胶。此外，描述了肽水凝胶的表征，表明可以在这些简单的条件下形成机械稳定的肽水凝胶。

摘要

肽水凝胶是由纳米纤维或聚合物自组装形成的高度亲水性三维网络凝胶，可形成锁水网络。它们的形态与细胞外基质的形态非常相似，使它们能够同时表现出肽的生物学功能和反应性凝胶特性。这些独特的特性使其在组织工程、三维细胞培养、癌症治疗、再生医学和其他生物医学领域得到广泛应用。本文介绍了使用具有环境响应性凝胶化过程的自组装肽制备 ECF-5 肽水凝胶的三种方法：（1） pH 响应性凝胶化：不同的 pH 值诱导氨基酸残基的质子化或去质子化，改变肽分子之间的静电相互作用并促进它们自组装成水凝胶;（2）金属离子加成：多价金属离子与带负电荷的氨基酸残基螯合，作为肽之间的桥梁，形成网络水凝胶;（3） 溶剂交换：疏水性肽最初溶解在非极性有机溶剂中，随后在过渡到极性水性环境中时诱导自组装成水凝胶。这些方法利用传统的实验程序来促进肽自组装成水凝胶。通过设计肽序列以符合特定的凝胶诱导条件，可以实现精细调整的微/纳米结构和生物学功能，突出了肽水凝胶在生物医学领域的巨大潜力。

引言

通过肽序列的设计，肽之间的非共价相互作用诱导自组装，从而形成有序的微米和纳米结构，包括纳米管、纳米带、纳米纤维和球形结构¹。当自组装成微米和纳米纤维/带时，这些结构在宏观上表现出水凝胶特性。肽自组装水凝胶与聚合物水凝胶的不同之处在于，它们通过非共价相互作用进行自组装，它们的凝胶形式是可逆的，并且它们很容易对特定条件做出反应，以在溶液相和凝胶相之间转换²。例如，芳香族氨基酸肽可以通过溶剂切换诱导凝胶化 3,4,5，RADA16 肽通过阳离子和阴离子静电相互作用形成凝胶 6，E1Y9 肽通过 Ca²⁺ 离子诱导形成水凝胶 7。天然氨基酸可被人体代谢并提供出色的生物相容性，这是聚合物水凝胶无法达到的特性⁸.蛋白质是执行生物功能的分子，肽序列的差异创造了它们特定的生物学功能。因此，嵌入特定的生物功能肽序列并赋予它们自组装特性可以设计具有独特生物学功能和形态的肽自组装水凝胶^<....

研究方案

本研究中使用的质粒、试剂和设备的详细信息列在 材料表中。

1. pH 响应法

1. 将 5 mg ECF-5 肽添加到 400 μL 去离子水中。在 40 kHz 下超声处理 30 分钟并充分混合。
2. 向肽溶液中加入 40 μL 氢氧化钠（1 M，通过 0.22 μm 过滤器过滤）。涡旋并充分混合。继续超声处理 15 分钟，直到溶液完全澄清。
3. 加入 60 μL 盐酸。快速涡旋并确保充分混合。让混合物在室温下静置 30 分钟以上，以促进水凝胶的形成。
   注：如果需要，用所需的缓冲溶液替换去离子水。如果固体颗粒很大，请提前将其粉碎。超声处理以在液体中获得均匀的颗粒混合物。如果肽不耐碱性条件，请先加入 1 M 盐酸溶液，然后重复上述步骤。根据需要调整酸和碱的量，使其接近等电点或所需的 pH 值，确保保持凝胶形成特性。

2. 金属离子加成法

1. 材料的准备
   1. 在 pH 7.4 下制备 0.15 M Tris 和 0.1 M NaCl 缓冲液。通过 0.22 μm 过滤器过滤并在 4 °C 下储存长达一周。
   2. 使用步骤 1.1.1 中制备的缓冲液制备....

讨论

在过去的几十年里，随着淀粉样蛋白衍生的自组装肽序列的发现，已经根据其特性设计了许多自组装肽，在生物医学和材料科学中显示出巨大的应用潜力¹⁹。肽水凝胶在组织培养、药物递送和肿瘤治疗中表现出独特的生物功能化能力²⁰。

本文介绍了三种肽水凝胶的简单快速制备方法：pH 响应、金属离子添加和溶剂交.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3-Aminopropyl)triethoxysilane	Aladdin	A107147	/
Atomic Force Microscopy	Bruker	Multimode Nanoscope VIII	/
CaCl2	Aladdin	C290953	/
Diphenylalanine (FF)	Chinesepeptide	customizable	Purity > 95%
DMSO	Sigma-aldrich	34869	/
ECF-5 Peptides	Chinesepeptide	sequence: ECAFF	Purity > 95%
Hydrochloric Acid	Aladdin	H399657	/
Mica	Sigma-aldrich	AFM-71856-02	/
Phosphate Buffered Saline	Aladdin	P492453	/
Rheometer	Anton Paar GmbH	MCR302	/
Silicon Cantilevers	MikroMasch	XSC11	/
Sodium Chloride	Aladdin	C111549	/
Sodium Hydroxide	Aladdin	S140903	/
TRIS Hydrochloride	Aladdin	T431531	/