Name: designing silk-silk protein alloy materials for biomedical applications
Uploaded: 2014-08-13T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications at JoVE.com

De auteurs danken Rowan University voor de ondersteuning van dit onderzoek. XH ook dankzij Dr David L. Kaplan aan de Tufts University en de NIH P41 Tissue Engineering Resource Center (TERC) voor de voorafgaande technische trainingen.

1 Voorspelling van Protein Interactions <ol><li> Bioinfomatics Analyse van eiwitmoleculen <ol><li> Bezoek het National Center for Biotechnology Information website (www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/), en zoek het eiwit namen die gebruikt zal worden voor de legering studie. Opmerking: In dit voorbeeld werden twee eiwitten gebruikt: proteïne A, dat de wild tussahzijde fibroin en eiwit B, die de interne moerbei zijdefibroïne. Voor eiwit A, kan het aminozuur sequenties gevonden worden in &quot;fibroin [Antheraea pernyi] Gen...

Een van de meest kritische procedures productie &quot;legering&quot; eiwit systeem is de mengbaarheid van het gemengde eiwitten verifiëren. Anders is uitsluitend mengbaar eiwitmengsel of proteïne samengestelde systeem zonder stabiel en afstembare eigenschappen. Een experimentele thermische analyse methode kan worden gebruikt voor dit doel en hun legeringen eigenschappen bevestigen. Eiwit-eiwit interacties kunnen worden bekeken volgens Flory-Huggins&#39;s roostermodel 48 interactie tussen het &quot;oplosmidd...

De natuur heeft strategieën ontwikkeld om afstembare en multifunctionele biologische matrices met een beperkt aantal structurele eiwitten produceren. Zo worden elastins en collagenen altijd samen in vivo de verstelbare sterke en functies voor specifieke weefsels 1,2 verschaffen. De sleutel tot deze strategie is het mengen. Mengen het mengen eiwitten met specifieke verhoudingen en is een technologische benadering van eenvoudige materiële systemen met instelbare en gevarieerde eigenschappen 3-5 te genereren. In vergelijking met synthetische strategieën 6,7 techniek kan ook mengen materiaal uniformiteit en de mogelijkheid om het materiaal verwerken vanwege het bedieningsgemak 8-16 verbeteren. Daarom is het ontwerpen van multifunctionele, biocompatibele eiwit legeringen is een opkomend gebied van medisch onderzoek. Deze technologie zal ook een systematische kennis van de invloed van natuurlijke proteïne matrices geven op cel-en weefsel functies, zowel in vitro en in vivo 10,17. Door het optimaliseren moleculaire interfaces tussen verschillende eiwitten kan-eiwit gebaseerde legeringen diverse lichaamsfuncties, zoals thermische stabiliteit bij verschillende temperaturen, elasticiteit diverse weefsels, elektrische gevoeligheid ondersteunen variabele organen en optische eigenschappen cornea weefselregeneratie 3 omvatten, 18-27. De uitkomst van deze studies zal een nieuw eiwit-materialen platform op het gebied van de biomedische wetenschappen bieden directe relevantie voor afstembare weefsel reparaties en ziekte behandelingen en verder leiden tot biologisch afbreekbare implantaten waar hun nieuwe therapeutische en diagnostische functies kunnen worden voor ogen 3. Veel natuurlijke structurele eiwitten hebben kritische fysieke en bioactieve eigenschappen die kunnen worden benut als kandidaten voor het biomateriaal matrixen. Zijde uit verschillende soorten wormen, keratines van haren en wol, elastins en collageen uit verschillende weefsels, endiverse plantaardige eiwitten zijn enkele van de meest voorkomende structurele eiwitten gebruikt voor het ontwerpen van niet-eiwit gebaseerde materialen (Figuur 1) 18-27. In het algemeen kunnen deze eiwitten moleculaire secundaire structuren (bijvoorbeeld beta sheets voor zijde, of gewikkelde spoelen voor keratine) vanwege hun unieke repetitieve primaire aminozuursequenties 3,28-35 vormen. Deze eigenschappen bevorderen de vorming van zelf-geassembleerde macroscopische structuren met unieke functies op biologische interfaces gevraagd hun nut als een waardevolle bron van biopolymeermaterialen. Hier zijn twee soorten structurele eiwitten werden gebruikt (eiwit A van wilde tussahzijde en eiwit B van gedomesticeerde moerbei zijde als voorbeeld) om de algemene protocollen van de productie van verschillende eiwitten lichtmetalen biomaterialen demonstreren. De protocollen aangetoond onder deel 1: eiwit interactie voorspellingen en simulaties, deel 2: de productie van eiwitten legering oplossingen, en deel 3: productie van eiwitten legeringen systemen voor optische, elektrische en farmaceutische toepassingen. <img alt="Figuur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig1highres.jpg" width="500" /> Figuur 1 Grondstoffen van verschillende structurele eiwitten die vaak worden gebruikt in ons laboratorium voor het ontwerpen-eiwit gebaseerde materialen, waaronder zijde uit verschillende soorten wormen, keratines van haren en wol, elastins uit verschillende weefsels, en diverse plantaardige eiwitten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1050">
	<tbody>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Q100 Differential Scanning Calorimeters (DSC)</td>
			<td style="width:143px;">TA Instruments, New Castle, DE, USA 
			&#160;</td>
			<td style="width:169px;">N/A</td>
			<td style="width:523px;">You can use any type of DSC with a software to calculate the heat capacity</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">SS30T Vacuum Sputtering System&#160;</td>
			<td style="width:143px;">T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA</td>
			<td style="width:169px;">N/A</td>
			<td>With custom built parts; You can use any type of sputtering system to coat</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">VWR 1415M Vacuum Oven&#160;</td>
			<td style="width:143px;">VWR International, Bridgeport, NJ, USA</td>
			<td style="width:169px;">N/A</td>
			<td>You can use any type of vacuum oven to physically crosslink the samples</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

designing silk-silk protein alloy materials for biomedical applications

Vezeleiwitten scherm verschillende sequenties en structuren die zijn gebruikt voor diverse toepassingen in biomedische gebieden zoals biosensoren, nanogeneesmiddelen, weefselregeneratie en geneesmiddelafgifte. Het ontwerpen van materialen op basis van de moleculaire schaal interacties tussen deze eiwitten zal helpen bij het genereren van nieuwe multifunctionele eiwit lichtmetalen biomaterialen met instelbare eigenschappen. Dergelijke legeringen materiaalsystemen voordelen ten opzichte van traditionele synthetische polymeren geven ook samen met de materialen biologische afbreekbaarheid, biocompatibiliteit en houdbaarheid in het lichaam. Dit artikel gebruikt de proteïne mengsels van wilde tussahzijde (Antheraea pernyi) en binnenlandse moerbei zijde (Bombyx mori) als een voorbeeld om bruikbare protocollen met betrekking tot deze onderwerpen, met inbegrip van hoe je eiwit-eiwit interacties te voorspellen door computationele methoden, hoe eiwitten legering produceren bieden oplossingen, hoe lichtmetalen systemen te verifiëren door middel van thermische analyse, en hoe variabel legering materialen te fabricerenwaaronder optische materialen met diffractie roosters, elektrische materialen met circuits coatings en farmaceutische materialen voor afgifte van geneesmiddel en de levering. Deze werkwijzen kunnen belangrijke informatie voor het ontwerpen van de volgende generatie multifunctionele biomaterialen op basis van verschillende eiwitten legeringen.

Typische eiwit-eiwit interacties (bijvoorbeeld tussen eiwit A en eiwit B) kunnen lading-lading (elektrostatisch) attracties waterstofbinding vorming, hydrofobe-hydrofiele interacties, alsmede dipool, oplosmiddel, tegenion en entropische effecten tussen de specifieke bevatten domeinen van twee eiwitten (figuur 2) 3. Daarom fundamenteel, we kunnen de effecten van deze interacties door computationele simulaties voorspellen. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="alway...

Watch this Scientific Journal Video about Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications at JoVE.com

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen

Mengen is een efficiënte benadering van biomaterialen met een breed scala van eigenschappen en gecombineerde functies te genereren. Door het voorspellen van de moleculaire interacties tussen de verschillende natuurlijke zijde proteïnen, kunnen nieuwe zijde-zijde eiwit legering platforms met instelbare mechanische veerkracht, elektrische reactie, optische transparantie, chemische verwerkbaarheid, biologische afbreekbaarheid, of thermische stabiliteit worden ontworpen.

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Grafeen Coatings voor Biomedische implantaten

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

ECM Protein Nanofibers and Nanostructures Engineered Using Surface-initiated Assembly

ECM Eiwit nanovezels en nanostructuren Engineered behulp-Surface geïnitieerde Vergadering

The extracellular matrix (ECM) in tissues is synthesized and assembled by cells to form a 3D fibrillar, protein network with tightly regulated fiber ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Fabriceren superhydrophobic polymere materialen voor biomedische toepassingen

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

A Rapid and Quantitative Fluorimetric Method for Protein-Targeting Small Molecule Drug Screening

Een snelle en kwantitatieve Fluorimetrische Methode voor-eiwit targeting Small Molecule drugscontrole

We demonstrate a new drug screening method for determining the binding affinity of small drug molecules to a target protein by forming fluorescent gold ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

De synthese van RGD-gefunctionaliseerde Hydrogels als een instrument voor therapeutische toepassingen

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Light-gemedieerde Vorming en patroonvorming van hydrogels voor Cultuur van de Cel Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Extractie van Plant-gebaseerde Capsules voor Micro-inkapseling Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Rapid Mix Bereiding van Bioinspired Nanoscale hydroxyapatiet voor biomedische toepassingen

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...