Herstellung von mechanisch stabilen selbstorganisierten Peptiden, Hydrogelen

Zusammenfassung

Dieses Protokoll stellt drei schnelle und einfache Präparationsmethoden vor, die Umweltbedingungen nutzen, um die Selbstorganisation von Peptiden zu Hydrogelen auszulösen. Zusätzlich wird die Charakterisierung von Peptidhydrogelen beschrieben, die zeigt, dass unter diesen einfachen Bedingungen mechanisch stabile Peptidhydrogele gebildet werden können.

Zusammenfassung

Peptid-Hydrogele sind hochgradig hydrophile, dreidimensionale Netzwerkgele, die durch die Selbstorganisation von Nanofasern oder Polymeren gebildet werden, wodurch wasserschließende Netzwerke entstehen. Ihre Morphologie ähnelt stark der der extrazellulären Matrix, so dass sie sowohl die biologischen Funktionen von Peptiden als auch reaktionsfähige Gelierungseigenschaften aufweisen können. Diese einzigartigen Eigenschaften haben zu ihrer umfangreichen Anwendung im Tissue Engineering, in der dreidimensionalen Zellkultur, in der Krebstherapie, in der regenerativen Medizin und in anderen biomedizinischen Bereichen geführt. In diesem Artikel werden drei Methoden zur Herstellung von ECF-5-Peptid-Hydrogelen unter Verwendung von selbstorganisierenden Peptiden mit umweltverträglichen Gelierungsprozessen beschrieben: (1) pH-responsive Gelierung: Unterschiedliche pH-Werte induzieren die Protonierung oder Deprotonierung von Aminosäureresten, verändern die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Peptidmolekülen und fördern deren Selbstorganisation zu Hydrogelen; (2) Metallionenaddition: polyvalente Metallionen chelatisieren mit negativ geladenen Aminosäureresten, die als Brücken zwischen Peptiden wirken, um ein Netzwerkhydrogel zu bilden; (3) Lösungsmittelaustausch: Hydrophobe Peptide werden zunächst in unpolaren organischen Lösungsmitteln gelöst und induzieren anschließend beim Übergang in eine polare wässrige Umgebung eine Selbstorganisation zu Hydrogelen. Diese Methoden nutzen konventionelle experimentelle Verfahren, um die Selbstorganisation von Peptiden in Hydrogelen zu erleichtern. Durch das Design von Peptidsequenzen, die sich an spezifischen Gelierungs-induzierenden Bedingungen ausrichten, ist es möglich, fein abgestimmte Mikro-/Nanostrukturen und biologische Funktionen zu erzielen, was das bedeutende Potenzial von Peptid-Hydrogelen im biomedizinischen Bereich unterstreicht.

Einleitung

Durch das Design von Peptidsequenzen induzieren nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Peptiden eine Selbstorganisation, die zur Bildung geordneter Mikro- und Nanometerstrukturen führt, einschließlich Nanoröhren, Nanobändern, Nanofasern und kugelförmigen Strukturen¹. Wenn sie selbst zu Mikro- und Nanometerfasern/-bändern zusammengefügt werden, weisen diese Strukturen makroskopisch Hydrogel-Eigenschaften auf. Peptid-selbstorganisierende Hydrogele unterscheiden sich von Polymer-Hydrogelen dadurch, dass sie sich durch nicht-kovalente Wechselwirkungen selbst organisieren, ihre Gelform reversibel ist und sie leic....

Protokoll

Die Einzelheiten zu den Plasmiden, Reagenzien und Geräten, die in dieser Studie verwendet wurden, sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Methode der pH-Reaktion

1. Fügen Sie 5 mg ECF-5-Peptide zu 400 μl deionisiertem Wasser hinzu. 30 min lang bei 40 kHz beschallen und gründlich mischen.
2. Geben Sie 40 μl Natriumhydroxid (1 M, filtriert durch einen 0,22 μm-Filter) in die Peptidlösung. Vortexen und gründlich mischen. Setzen Sie die Beschallung 15 Minuten lang fort, bis die Lösung vollständig geklärt ist.
3. 60 μl Salzsäure zugeben. Schnell vortexen u....

Diskussion

In den letzten Jahrzehnten wurden nach der Entdeckung selbstorganisierender Peptidsequenzen, die von Amyloid-Proteinen abgeleitet sind, zahlreiche selbstorganisierende Peptide auf der Grundlage ihrer Eigenschaften entworfen, die ein erhebliches Potenzial für Anwendungen in der Biomedizin und den Materialwissenschaften aufzeigen¹⁹. Peptid-Hydrogele haben einzigartige Biofunktionalisierungsfähigkeiten in der Gewebekultur, bei der Verabreichung von Medikamenten und.......

Materialien

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	/