Gestaltung Silk-Seidenprotein-Legierungen für biomedizinische Anwendungen
Summary
Blending ist ein effizienter Ansatz zur Biomaterialien mit einem breiten Spektrum von Eigenschaften und Funktionen kombiniert erzeugen. Durch die Vorhersage der molekularen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen natürlichen Seidenproteinen, können neue Seide-Seidenprotein-Legierung Plattformen mit einstellbaren mechanischen Elastizität, elektrische Antwort, optische Transparenz, chemische Verarbeitbarkeit, biologische Abbaubarkeit oder thermische Stabilität ausgelegt werden.
Abstract
Faserproteine zeigen unterschiedliche Sequenzen und Strukturen, die für verschiedene Anwendungen in biomedizinischen Bereichen wie Biosensoren, Nanomedizin, Geweberegeneration und Drug-Delivery verwendet wurden. Entwicklung von Materialien auf der Basis der molekularen Maßstab Wechselwirkungen zwischen diesen Proteinen wird Ihnen helfen zu generieren neue multifunktionale Protein-Legierung Biomaterialien mit einstellbaren Eigenschaften. Solche Legierungsmaterial Systeme bieten auch Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen synthetischen Polymeren durch die Materialien biologische Abbaubarkeit, Biokompatibilität und Haltbarkeit im Körper. Dieser Artikel verwendete die Proteinmischungen von Wild Tussahseide (Antheraea pernyi) und inländischen Maulbeerseide (Bombyx mori) als Beispiel, um nützliche Protokolle zu diesen Themen, darunter, wie Protein-Protein-Wechselwirkungen, die durch computergestützte Methoden, wie man Protein Legierung herzustellen vorherzusagen bieten Lösungen, wie Legierungssystemen durch thermische Analyse zu überprüfen, und zum variablen Legierungsmaterialien herzustelleneinschließlich der optischen Materialien mit Beugungsgitter, elektrische Materialien mit Schaltungen Beschichtungen und pharmazeutische Materialien für Drogenfreigabe und Auslieferung. Diese Methoden können wichtige Informationen für die Gestaltung der nächsten Generation multifunktionalen Biomaterialien auf der Basis verschiedener Protein-Legierungen bieten.
Introduction
Natur Strategien entwickelt, um abstimmbare und multifunktionale biologischen Matrices unter Verwendung einer begrenzten Anzahl von Strukturproteinen zu erzeugen. Beispielsweise Elastin und Kollagen werden immer zusammen in vivo verwendet werden, um die einstellbaren Stärken und Funktionen für spezifische Gewebe 1,2 erforderlich ist. Der Schlüssel zu dieser Strategie ist die Vermischung. Blending das Mischen Proteine mit spezifischen Verhältnissen und ist ein technologischer Ansatz zur einfachen Materialsysteme mit einstellbaren Eigenschaften und abwechslungsreiches 3-5 zu generieren. Verglichen mit Kunsttechnik Strategien 6,7 können auch Misch verbessern Gleichförmigkeit Materials und die Fähigkeit, das Material aufgrund der einfachen Bedienung 8-16 verarbeiten. Daher Gestaltung multifunktional, biokompatible Proteinlegierungsmaterialien ist ein aufstrebendes Gebiet der medizinischen Forschung. Diese Technologie wird auch systematisches Wissen über die Auswirkungen der natürlichen Protein Matrizen auf Zell-und Gewebefunktionen sowohl in vitro und in vivo 10,17. Durch die Optimierung des Molekular Schnittstellen zwischen verschiedenen Proteine, Protein-basierten Legierungsmaterialien eine Reihe von Körperfunktionen, wie zum Beispiel thermische Stabilität bei verschiedenen Temperaturen, Elastizität, verschiedene Gewebe, elektrische Empfindlichkeit variabel Organe zu unterstützen und optische Eigenschaften für die Hornhautgeweberegeneration 3 umfassen, 18-27. Das Ergebnis dieser Studien wird eine neue Protein-Materialien-Plattform auf dem Gebiet der biomedizinischen Forschung mit direkter Relevanz für abstimmbare Gewebe repariert und Krankheitsbehandlungen und weitere führen zu biologisch abbaubaren Implantaten, wo ihre neue therapeutische und diagnostische Funktionen vorstellbar 3 werden kann.
Viele natürliche Strukturproteine haben kritische physikalische und bioaktiven Eigenschaften, die als Kandidaten für die Biomaterial-Matrizen ausgenutzt werden können. Seide aus verschiedenen Wurmarten, Keratine von Haaren und Wolle, Elastine und Kollagene aus verschiedenen Geweben undverschiedene Pflanzenproteine sind einige der häufigsten Strukturproteinen für die Gestaltung variablen Materialien auf Proteinbasis (1), 18-27 verwendet. Im Allgemeinen können diese Proteine unterschiedlichen Molekularsekundärstrukturen (zB Beta-Faltblätter für Seide, oder Spiralspulen für Keratine) aufgrund ihrer einzigartigen wiederholende primären Aminosäuresequenzen 3,28-35 bilden. Diese Eigenschaften fördern die Bildung von selbstorganisierten Strukturen makroskopischen mit einzigartigen Funktionen auf biologischen Schnittstellen aufgefordert ihre Nützlichkeit als wertvollen Ressource von Biopolymermaterialien. Hier sind zwei Arten von Strukturproteinen eingesetzt wurden (Protein A aus Wild Tussahseide und Protein B von domestizierten Maulbeerseide als Beispiel), die allgemeinen Protokolle der Herstellung von verschiedenen Protein-Legierung Biomaterialien zu demonstrieren. Die gezeigten Protokolle sind Teil 1: Protein-Interaktionsvorhersagen und Simulationen, Teil 2: Produktion von Protein-Legierung Lösungen und Teil 3: Herstellung von Protein-LegierungSysteme und für die optische, elektrische und pharmazeutische Anwendungen.
Abbildung 1. Rohstoffe verschiedener Strukturproteine, die häufig in unserem Labor für die Gestaltung von Materialien auf Proteinbasis, einschließlich Seide aus verschiedenen Wurmarten verwendet werden, Keratine von Haaren und Wolle, Elastine aus verschiedenen Geweben und verschiedene Pflanzenproteine.
Protocol
Representative Results
Discussion
Einer der kritischsten Verfahren in der Herstellung von "Legierung" Proteinsystem ist, um die Mischbarkeit der gemischten Proteine verifizieren. Ansonsten ist es nur eine nicht mischbare Mischung oder Protein-Protein-Verbundsystem ohne stabile und einstellbaren Eigenschaften. Eine experimentelle thermische Analyseverfahren kann für diesen Zweck verwendet werden und deren Legierungseigenschaften zu bestätigen. Protein-Protein-Interaktionen können nach der Flory-Huggins-Gittermodell 48, wie W…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken der Rowan University für die Unterstützung dieser Forschung. XH auch dank Dr. David L. Kaplan an der Tufts University und der NIH P41 Tissue Engineering Resource Center (TERC) für frühere technische Schulungen.
Materials
| Q100 Differential Scanning Calorimeters (DSC) | TA Instruments, New Castle, DE, USA |
N/A | You can use any type of DSC with a software to calculate the heat capacity |
| SS30T Vacuum Sputtering System | T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA | N/A | With custom built parts; You can use any type of sputtering system to coat |
| VWR 1415M Vacuum Oven | VWR International, Bridgeport, NJ, USA | N/A | You can use any type of vacuum oven to physically crosslink the samples |
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