機械的に安定な自己組織化ペプチドハイドロゲルの調製

要約

このプロトコールでは、環境条件を利用してペプチドのヒドロゲルへの自己組織化を誘発する3つの迅速でシンプルな調製方法を紹介します。さらに、ペプチドハイドロゲルの特性評価についても説明し、機械的に安定したペプチドハイドロゲルがこれらの単純な条件下で形成できることを示しています。

要約

ペプチドハイドロゲルは、ナノファイバーまたはポリマーの自己組織化によって形成される親水性の高い三次元ネットワークゲルであり、水ロックネットワークを形成します。その形態は細胞外マトリックスの形態と非常によく似ているため、ペプチドの生物学的機能と応答性ゲル化特性の両方を示すことができます。これらのユニークな特性は、組織工学、三次元細胞培養、がん治療、再生医療、その他の生物医学分野での広範な応用につながっています。この記事では、環境応答性ゲル化プロセスを持つ自己組織化ペプチドを使用してECF-5ペプチドハイドロゲルを調製するための3つの方法について説明します:(1)pH応答性ゲル化:さまざまなpHレベルはアミノ酸残基のプロトン化または脱プロトン化を誘導し、ペプチド分子間の静電相互作用を変化させ、ヒドロゲルへの自己組織化を促進します。(2)金属イオン付加:多価金属イオンは、負に帯電したアミノ酸残基とキレート化され、ペプチド間の架橋として機能してネットワークヒドロゲルを形成します。(3)溶媒交換:疎水性ペプチドは、最初に非極性有機溶媒に溶解され、その後、極性水性環境に移行すると、ヒドロゲルへの自己組織化を誘導します。これらの方法は、従来の実験手順を利用して、ペプチドのハイドロゲルへの自己組織化を促進します。特定のゲル化誘導条件に適合するようにペプチド配列を設計することで、微細なマイクロ/ナノ構造と生物学的機能を達成することが可能となり、生物医学領域におけるペプチドハイドロゲルの大きな可能性が浮き彫りになります。

概要

ペプチド配列の設計を通じて、ペプチド間の非共有結合的相互作用が自己組織化を誘導し、ナノチューブ、ナノリボン、ナノファイバー、^球状構造1などの規則的なマイクロおよびナノメートル構造の形成につながります。マイクロメートルおよびナノメートルの繊維/リボンに自己組織化すると、これらの構造は巨視的にハイドロゲル特性を示します。ペプチド自己組織化ヒドロゲルは、非共有結合相互作用を介して自己組織化し、ゲル形態が可逆的であり、溶液相とゲル相2の間の遷移に対して特定の条件に容易に応答するという点で、ポリマーハイドロゲル^{とは異なる。}例えば、芳香族アミノ酸ペプチドは、溶媒スイッチング^3,4,5に基づいて糊化するように誘導することができ、RADA16ペプチドは、カチオン性およびアニオン性の静^{電相互作用を通じて}ゲルを形成し6、E1Y9ペプチドは、^{Ca2+イオン7}を介してヒドロゲルを形成するように誘導することができる。天然アミノ酸は人体で代謝され、高分子ハイドロゲルでは達成できない優れた生体適合性....

プロトコル

この試験で使用したプラスミド、試薬、および機器の詳細は、 材料表に記載されています。

1. pHレスポンス法

1. 5 mg の ECF-5 ペプチドを 400 μL の脱イオン水に加えます。40kHzで30分間超音波処理し、十分に混合します。
2. 40 μLの水酸化ナトリウム(1 M、0.22 μmフィルターでろ過)をペプチド溶液に加えます。渦を巻き、よく混ぜます。溶液が完全に明確になるまで15分間超音波処理を続けます。
3. 塩酸60μLを加えます。すばやくボルテックスし、完全に混合します。混合物を室温で30分以上放置して、ハイドロゲルの形成を促進します。
   注:必要に応じて、脱イオン水を目的の緩衝液と交換します。固体粒子が大きい場合は、あらかじめ粉砕してください。液体中の均質な粒子混合物を達成するために超音波処理する。ペプチドがアルカリ性条件に耐えられない場合は、最初に1 M塩酸溶液を加え、上記の手順を繰り返します。必要に応じて酸と塩基の量を調整して、等電点または目的のpHに近づくようにし、ゲル形成特性が保持されるようにします。

2. 金属イオン添加法

1. 材料の準備

結果

この記事で説明したペプチドハイドロゲルの調製方法3つにより、迅速で手頃な価格の簡単な製造が可能になります。ヒドロゲルの機能は、そのペプチド配列に関連しています。ここでは、ECF-5ペプチドを代表例として、微視的な形態や機械的特性などの物理的特性を実証しています。

図1Aおよび補足図1に示す?.......

ディスカッション

過去数十年の間に、アミロイドタンパク質に由来する自己組織化ペプチド配列の発見に続いて、多数の自己組織化ペプチドがその特性に基づいて設計され、生物医学および材料科学における応用の大きな可能性が示されている¹⁹。ペプチドハイドロゲルは、組織培養、薬物送達、および腫瘍治療において独自の生体機能化能力を示しています

資料

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	/