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

Forfatterne takker Rowan University for støtte til denne forskningen. XH også takket Dr. David L. Kaplan ved Tufts University og NIH P41 Tissue Engineering Resource Center (TERC) for tidligere tekniske treninger.

1. Prediksjon av protein interaksjoner <ol><li> Bioinfomatics Analyse av proteinmolekyler <ol><li> Besøk National Center for Bioteknologi Information nettsted (www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/), og søke på protein navnene som vil bli benyttet for leger studien. Merk: For dette eksemplet ble to proteiner brukt: protein A, som er vill tussah silke fibroin, og protein B, som er den innenlandske morbær silke fibroin. For protein A, kan aminosyresekvensene finnes i &quot;fibroin [Antheraea pernyi] GenBank: AAC32606.1&quot...

En av de mest kritiske prosedyrene i fremstilling &quot;legering&quot; protein-systemet er å verifisere blandbarhet for de blandede proteiner. Ellers er det bare en ikke-blandbar blanding protein eller protein sammensatt system uten stabile og avstembare egenskaper. En eksperimentell termisk analysemetode kan brukes for dette formål og for å bekrefte deres legeringsegenskaper. Protein-protein interaksjoner kan vises i henhold til Flory-Huggins største gittermodell 48 som interaksjoner mellom den &quot;opp...

Naturen har skapt strategier for å generere tunbare og multifunksjonelle biologiske matriser ved hjelp av et begrenset antall strukturelle proteiner. For eksempel er elastins og colla alltid brukt sammen in vivo til å gi de justerbare styrker og funksjoner som kreves for bestemte vev 1,2. Nøkkelen til denne strategien er blandingen. Blending innebærer å blande proteiner med spesifikke forhold og er en teknologisk tilnærming for å generere enkle materielle systemer med fleksibel og varierte egenskaper 3-5. Sammenlignet med syntetiske konstruksjonsstrategier 6,7, kan også forbedre blandingsmateriale ensartethet og evnen til å behandle materialet på grunn av den enkle betjening 8-16. Derfor designe multifunksjonelle, biokompatible protein legering materialer er et voksende område av medisinsk forskning. Denne teknologien vil også gi systematisk kunnskap om effekten av naturlig protein matriser på celler og vev fungerer både i vitro og in vivo 10,17. Ved å optimalisere molekyl grensesnitt mellom forskjellige proteiner, kan protein-baserte legeringsmaterialer omfatter en rekke fysiske funksjoner, slik som termisk stabilitet ved forskjellige temperaturer, elastisitet til å støtte ulike vev, elektrisk følsomhet i variable organer, og optiske egenskaper for hornhinnevevet regenerering 3, 18-27. Resultatet av disse studiene vil gi et nytt protein-materialer plattformen innen biomedisinsk forskning med direkte relevans til avstembare vev reparasjoner og sykdomsbehandlinger og videre føre til bionedbrytbare implantat enheter hvor deres nye terapeutiske og diagnostiske egenskaper kan tenkes 3. Mange naturlige strukturelle proteiner har kritiske fysiske og bioaktive egenskaper som kan utnyttes som kandidater til biomateriale matriser. Silks fra ulike ormen arter, keratin fra hår og ull, elastins og colla fra ulike vev, ogforskjellige planteproteiner er noen av de mest vanlige strukturelle proteiner som brukes for å utforme variable protein-baserte materialer (figur 1) 18-27. Generelt, kan disse proteinene danner ulike molekylære sekundære konstruksjoner (f.eks beta ark for silke, eller sammenrullede sløyfer for keratin) på grunn av deres unike repetitive primære aminosyre sekvenser 3,28-35. Disse funksjonene fremme dannelsen av selv montert makroskopiske strukturer med unike funksjoner på biologiske grensesnitt som ber deres nytte som en høyt skattet ressurs av biopolymer materialer. Her ble to typer av strukturelle proteiner brukes (protein A fra vill tussah silke og protein B fra tamme morbær silke som et eksempel) for å demonstrere de generelle protokoller for å produsere ulike proteiner legering biomaterialer. Protokollene demonstrert inkluderer del 1: protein interaksjons spådommer og simuleringer, del 2: produksjon av protein legering løsninger, og del 3: fabrikasjon av protein legeringsystemer og for optiske, elektriske, og farmasøytiske applikasjoner. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1. Råvarer av ulike strukturelle proteiner som ofte brukes i vårt laboratorium for å designe protein-baserte materialer, inkludert silke fra ulike ormen arter, keratin fra hår og ull, elastins fra ulike vev og ulike planteproteiner.

<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

Fibrøst proteiner vise forskjellige sekvenser og strukturer som har blitt brukt for ulike applikasjoner i biomedisinske områder som biosensorer, nanomedisin, vev gjenfødelse, og levering av legemidler. Designe materialer basert på molekylær skala interaksjoner mellom disse proteinene vil bidra til å generere nye multifunksjonelle protein legering biomaterialer med tunbare egenskaper. Slike legeringsmaterialsystemer gir også fordeler i forhold til tradisjonelle syntetiske polymerer på grunn av det materiale nedbrytbarhet, biokompatibilitet og tenability i kroppen. Denne artikkelen brukte protein blandinger av vill tussah silke (Antheraea pernyi) og innenlandsk Mulberry silke (Bombyx mori) som et eksempel for å gi nyttige protokoller om disse emnene, inkludert hvordan å forutsi protein-protein interaksjoner av beregningsmetoder, hvordan å produsere protein legering løsninger, hvordan du kontrollerer legering systemer av termisk analyse, og hvordan å dikte variable legering materialerinkludert optiske materialer med diffraksjonsgittere, elektriske materialer med kretser belegg, og farmasøytiske materialer for narkotika utgivelse og levering. Disse metodene kan gi viktig informasjon for å designe neste generasjons multifunksjonelle biomaterialer basert på ulike protein legeringer.

Typisk protein-protein interaksjoner (f.eks, mellom protein A og protein B) kan inneholde charge-charge (elektrostatisk) attraksjoner, hydrogenbinding formasjon, hydrofobe-hydrofile interaksjoner, så vel som dipol, oppløsningsmidlet, mot-ionet, og entropic effekter mellom den spesifikke domener av de to proteiner (figur 2) 3. Derfor, fundamentalt, kan vi forutsi effektene av disse interaksjonene med beregningsorientert simuleringer. <p class="jove_content" fo:keep-together.with...

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

Designing Silk-silke Protein legering materialer for Biomedical Applications

Blending er en effektiv måte å generere biomaterialer med et bredt spekter av egenskaper og kombinerte funksjoner. Ved å forutsi de molekylære interaksjoner mellom ulike naturlige silkeproteiner, kan nye silke-silke protein legering plattformer med fleksibel mekanisk feiltoleranse, elektriske respons, optisk transparens, kjemisk prosesserbarhet, nedbrytbarhet, eller termisk stabilitet utformes.

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

Utforme en Bio-responsive Robot fra 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

Graphene Belegg for Biomedical Implantater

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 Protein Nanofibers og nanostrukturer Engineered Bruke Surface-initiert Assembly

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

Fabrikere superhydrophobic polymere materialer for Biomedical Applications

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

En rask og kvantitativ fluorimetrisk Metode for Protein-Targeting lite molekyl narkotikaundersøkelser

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

Fabrikasjon av mekanisk Tunable og Bioaktive Metal Stillas for Biomedical Applications

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

Syntesen av RGD-funksjon Hydrogeler som et verktøy for Therapeutic Applications

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

Lys-mediert Dannelse og fordelingen av Hydrogeler for cellekultur 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

Utvinning av plantebaserte Kapsler for microencapsulation 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 Utarbeidelse av Bioinspired nanoskala hydroksyapatitt for Biomedical Applications

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