기계적으로 안정적인 자체 조립 펩타이드 하이드로겔의 제조

요약

이 프로토콜은 환경 조건을 사용하여 펩타이드가 하이드로겔로 자가 조립되도록 하는 세 가지 빠르고 간단한 준비 방법을 제시합니다. 또한 펩타이드 하이드로겔의 특성 분석이 설명되어 이러한 간단한 조건에서 기계적으로 안정적인 펩타이드 하이드로겔을 형성할 수 있음을 보여줍니다.

초록

펩타이드 하이드로겔은 나노섬유 또는 폴리머의 자체 조립에 의해 형성된 친수성이 높은 3차원 네트워크 겔로, 물 잠금 네트워크를 생성합니다. 그들의 형태는 세포외 기질의 형태와 매우 유사하여 펩타이드의 생물학적 기능과 반응성 겔화 특성을 모두 나타낼 수 있습니다. 이러한 고유한 특성으로 인해 조직 공학, 3차원 세포 배양, 암 치료, 재생 의학 및 기타 생물 의학 분야에서 광범위하게 적용되고 있습니다. 이 기사에서는 환경적으로 반응하는 겔화 공정과 함께 자가 조립 펩타이드를 사용하여 ECF-5 펩타이드 하이드로겔을 제조하는 세 가지 방법을 설명합니다: (1) pH 반응성 겔화: 다양한 pH 수준은 아미노산 잔기의 양성자화 또는 탈양성자화를 유도하여 펩타이드 분자 간의 정전기 상호 작용을 변경하고 하이드로겔로의 자체 조립을 촉진합니다. (2) 금속 이온 첨가: 음전하를 띤 아미노산 잔기가 있는 다가 금속 이온 킬레이트, 펩타이드 사이의 다리 역할을 하여 네트워크 하이드로겔을 형성합니다. (3) 용매 교환: 소수성 펩타이드는 처음에 비극성 유기 용매에 용해된 후 극성 수성 환경으로 전환될 때 하이드로겔로 자체 조립을 유도합니다. 이러한 방법은 기존의 실험 절차를 활용하여 펩타이드가 하이드로겔로 자체 조립되는 것을 용이하게 합니다. 특정 겔화 유도 조건에 맞게 펩타이드 염기서열을 설계함으로써 미세하게 조정된 미세/나노 구조 및 생물학적 기능을 달성할 수 있으며, 이는 생물의학 영역에서 펩타이드 하이드로겔의 상당한 잠재력을 강조합니다.

서문

펩타이드 염기서열의 설계를 통해 펩타이드 간의 비공유 상호작용은 자기 조립을 유도하여 나노튜브, 나노리본, 나노섬유 및 구형 구조를 포함한 정렬된 마이크로미터 및 나노미터 구조의 형성으로 이어집니다¹. 마이크로 및 나노미터 섬유/리본으로 자체 조립될 때 이러한 구조는 거시적으로 하이드로겔 특성을 나타냅니다. 펩타이드 자가 조립 하이드로겔은 비공유 상호작용을 통해 자체 조립되고, 겔 형태가 가역적이며, 용액과 겔 상 사이를 전환하기 위해 특정 조건에 즉시 반응한다는 점에서 폴리머 하이드로겔과 다릅니다². 예를 들어, 방향족 아미노산 펩타이드는 용매 전환 ^3,4,5를 기반으로 젤라틴화되도록 유도할 수 있고, RADA16 펩타이드는 양이온 및 음이온 정전기 상호 작용⁶을 통해 겔을 형성하며, E1Y9 펩타이드는 Ca²⁺ 이온 7을 통해 하이드로겔을 형성하도록 유도될 수^있습니다. 천연 ....

프로토콜

이 연구에 사용된 플라스미드, 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 Table of Materials에 나열되어 있습니다.

1. pH 반응 방법

1. 5μL의 탈이온수에 ECF-5 펩타이드 400mg을 첨가합니다. 40kHz에서 30분 동안 초음파 처리하고 잘 섞습니다.
2. 40μL의 수산화나트륨(1M, 0.22μm 필터를 통해 여과)을 펩타이드 용액에 추가합니다. 소용돌이치고 철저히 섞는다. 용액이 완전히 명확해질 때까지 15 분 동안 초음파 처리를 계속하십시오.
3. 60μL의 염산을 추가합니다. 빠르게 소용돌이치고 철저한 혼합을 보장합니다. 하이드로겔 형성을 용이하게 하기 위해 혼합물을 실온에서 30분 이상 방치하십시오.
   알림: 필요한 경우 탈이온수를 원하는 완충 용액으로 교체하십시오. 고체 입자가 크면 미리 분쇄하십시오. 액체에서 균일 한 입자 혼합물을 얻기 위해 초음파 처리합니다. 펩타이드가 알칼리성 조건에 내성이 없는 경우 먼저 1M 염산 용액을 추가하고 위의 단계를 반복합니다. 등전점 또는 원하는 pH 근처에 도달하기 위해 필요에 따라 산과 염기의 양을 조정하여 겔 형....

토론

지난 수십 년 동안 아밀로이드 단백질에서 유래한 자가 조립 펩타이드 서열의 발견 이후, 수많은 자가 조립 펩타이드가 그 특성을 기반으로 설계되어 생물 의학 및 재료 과학 분야의 응용 분야에 대한 상당한 잠재력을 입증했습니다¹⁹. 펩타이드 하이드로겔은 조직 배양, 약물 전달 및 종양 치료에서 고유한 생체 기능화 능력을 보여주었습니다

자료

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	/