뼈 Morphogenetic 단백질의 2 고체 표면에 화학 클릭 하 여 사이트 감독 동원 정지
Summary
생체 재료 뼈 Morphogenetic 단백질 2 (BMP2) 실수로 비-연합 뼈 골절을 치유 하 새로운 치료 전략으로 사용 되었습니다. 요인의 통제 자료에서 발생 하는 부작용을 극복 하기 위해 제안 하는 사이트를 새로운 전략-직접 따라서 향상 된 osteogenic 기능으로 자료를 만드는 요소를 고정.
Abstract
긴 뼈 결함 치료 비의 치료에 대 한 다른 치료 전략 집중적으로 조사 했습니다. 현재 치료 현재 뼈 morphogenetic 단백질 (BMPs) 같은 osteogenic 성장 인자와 함께에서 생체 재료의 사용에 지도 하는 몇 가지 제한이 사용 됩니다. 일반적으로 사용 되는 흡수 또는 캡슐화 방법 위에 생리 양의 BMP2, 소위 초기 버스트 출시 효과 몇 가지 심각한 부작용을 불러 일으키에 결과 일반적으로 필요 합니다. 이러한 문제를 극복 하는 전략 covalently 발판 단백질을 결합 하는 것입니다. 또한, 커플링 재현할 수 제품 결과 보장 하기 위해 특정 방식으로 수행 되어야 한다. 따라서, 우리는 인공 아미노산 (propargyl-L-리 신) codon 사용법 확장 (BMP2-K3Plk)에 의해 BMP2 단백질의 성숙한 부분에 도입 되었다 BMP2 변종을 만들었습니다. BMP2 K3Plk 기능성된 비즈 구리 촉매 아 지 드 alkyne cycloaddition (CuAAC)을 통해 결합 했다. 결합 된 BMP2 K3Plk의 생물 학적 활동 생체 외에서 입증 되었다 고 BMP2-K3Plk-기능성된 구슬의 osteogenic 활동 세포 기반 분석 실험에서 입증 되었다. C2C12 셀 접촉 기능성된 비즈 구슬의 로컬 제한에 알칼리 성 인산 가수분해 효소 (높은 산) 식을 유도 할 수 있었다. 따라서,이 기술에 의해 공업화 건설 기계 생산 될 수 있는 osteogenic 혈통으로 세포 분화를 일으킬 수 있다. 또한, 더 낮은 BMP2 복용량 결합된 BMP2 사이트 감독의 제어 방향 때문에 충분 한 있습니다. 이 방법으로, Bmp는 항상 사실이 아닌 사이트 감독 비 커플링 기술을 통해 요소를 결합 하는 경우 적절 한 방향으로 세포 표면에 그들의 수용 체에 노출 됩니다. 제품 결과 매우 제어 하 고, 따라서, 중요 한 크기의 복구에 대 한 그들의 적응성 향상 균질 속성 자료에 결과 뼈 결함.
Introduction
뼈 조직 공학 및 뼈 재생의 궁극적인 목표는 단점 및 비-연합 골절의 일반적인 치료 중 발생 하는 한계를 극복 하는. 비록 그들은 둘 다 몇 가지 단점이 자동 또는 알 로스 간이식 주로 현재 치료 전략으로 사용 됩니다. 이상적인 골 이식 한다 osteoinduction 뼈에는 이식의 osteointegration에 지도 하는 osteoconduction에 의해 골을 유도 하 고 있다. 요즘만 자동 이식 이후 이상적인 뼈 이식의 모든 특성을 제공 하는 그것은 “금 표준”으로 간주 됩니다. 불행히도, 그것은 또한 긴 수술 시간, 그리고 일반적으로 더 많은 합병증 (예를 들어, 만성 통증, 혈 종 형성, 감염, 화장품 결함, 등)을 수반 하는 두 번째 외상 사이트 같은 중요 한 부정적인 측면을 선물 한다. Allogenic 이식, 다른 한편으로 모든 일반적인 측면1차선 특성 있다. 대체 뼈 이식 기술은 지난 몇 년 동안, osteoinductive, osteoconductive, 생체, 그리고 bioresorbable는 건설 기계를 생산 하는 목적으로 개선 되었습니다. 때문에 많은 바이오 이러한 osteogenic 특성 모두 표시 되지 않습니다, 다른 성장 인자, 주로 BMP2, BMP7, 특정 비 계2의 osteogenic 잠재력을 향상 시키기 위해 통합 되었습니다.
필수 조건으로 같은 성장 인자 전달 시스템 셀 모집 및 첨부 파일, 셀 ingrowth와 신생 같은 필수 이벤트를 촉진 하기 위해 시간이 지남에 제어 복용량 릴리스를 제공 해야 합니다. 그러나, BMPs 뿐만 아니라 다른 osteogenic 성장 요인 되었습니다 일반적으로 움직일 수 비 covalently3. 함정 및 흡착 기술 위에 생리 양의 심각한 단점 vivo에서, 일반적으로 자라 난 뼈를 유도 하 여 주변 조직에 영향을 미치는에 이르게 한 초기 버스트 출시로 인해 단백질의 사용을 필요로 osteolysis와 염증, 붓기,4. 따라서, 오랜 시간에 대 한 배달 사이트에 성장 요인의 보존 화학식 동원 정지 방법으로 얻을 수 있습니다. 화학적 BMP2 수정 (succinylated5, acetylated6 또는 biotinylated7), heterodimers8, 설계 또는 BMP2 파생된 펩타이드9 설계 하 고 한계를 극복 하는 데 사용 된 관련 흡수입니다. 그러나, 배치는 잠재적으로 세포질 수용 체에 고정된 ligand의 바인딩 억제 때문에 이러한 구문 중 바이오 활동 예측 되지 않습니다. 와 같이 이전에, 모든 4 개의 수용 체 체인 수용 체 ligand-활성화 단지의 형성에 관련 된 모든 다운스트림 신호 폭포10를 완전히 활성화 하려면 고정된 BMP2 상호 작용 필수적 이다.
Bioactivity, 안정성, 및 고정된 요인의 bioavailability 한계와 휘도가 제품 결과의 문제를 극복 하기 위해 우리는 BMP 이체를 covalently 사이트 이동 방식으로 건설 기계를 바인딩 할 수 설계 되었습니다. BMP2-K3Plk, 불리는이 변형 유전자 codon 확장11에 의해 도입 된 인공 아미노산으로 구성 됩니다. 이 이체의 생물 활성을 유지 하면서 공유 결합 전략을 사용 하 여 건설 기계에 성공적으로 연결 되었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
유전자 codon 확장 태그 단백질 이체를 생성 주로 기본 단백질 시퀀스의 어떤 위치 든 지에서 다양 한 비 천연 아미노산 아날로그의 도입을 허용 한다. BMP2 같은 Bmp, 경우 공통 태그 6 히스티딘 (그의) 태그 수와 같은 N-말기, 이후 protein´s C 터미널 끝 차 단백질 구조 내에서 매장 된다 고 따라서 액세스할 수 없는 외부에서 도입. 다른 위치에서 소개 태그의 크기는 결과적으로 BMP´s bioactivity를 없애다 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 pyrrolysyl-tRNA를 인코딩 하는 플라스 미드를 제공 하 고 제공 하는 pRSFduet pyrtRNAsynth 인코딩 해당 aminoacyl-tRNA 합성 박사 M. Rubini (Konstanz, 독일) 감사 합니다.
Materials
| Material | |||
| 1-Step NBT/BCIP | Thermo Fisher | 34042 | Add solution to cells |
| 3-Azido-7-hydroxycoumarin | BaseClick | BCFA-047-1 | Chemical used for click reaction |
| Agarose low melting point | Biozym | 840101 | Agarose for ALP assay |
| Azide agarose beads | Jena Bioscience | CLK-1038-2 | Beads used for reaction |
| BamHI (Fast Digest enzyme) | Thermo Fisher Scientific | FD0054 | Restriction enzyme |
| BMP receptor IA (BMPR-IAEC) | — | — | Produced in our lab |
| Coomassie Brilliant Blue G-250 Dye | Thermo Fisher Scientific | 20279 | Chemical used for Coomassie Brilliant blue staining of SDS PAGE |
| Copper (II) sulfate anhydrous (CuSO4) | Alfa Aesar | A13986 | Chemical used for click reaction |
| DNA Polymerase and reaction buffer | Kapabiosystems | KK2102 | KAPA HiFi PCR Kit |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) GlutaMAX | Gibco | 61965-026 | Cell culture media |
| ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma Aldrich GmbH | E5134-1kg | Chemical used to stop click reaction |
| Isopropyl ß-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) | Carl Roth GmbH | 2316.5 | Bacteria induction (1mM final concentration) |
| NdeI (Fast Digest enzyme) | Thermo Fisher Scientific | ER0581 | Restriction enzyme |
| NHS-activated Texas Red | Life technologies | T6134 | Coupled to receptor |
| P- Nitrophenyl Phosphate | Sigma Aldrich GmbH | N4645-1G | Alkaline Phosphatase |
| p25N-hmBMP2 | — | — | Plasmid kindly provided from Walter Sebald to J. Nickel |
| pET11a-pyrtRNA | — | — | Provided by the Chair for Pharmaceutics and Biopharmacy, University Wuerzburg |
| propargyl-L-lysine (Plk) | — | — | Provided by the Chair for Pharmaceutics and Biopharmacy, University Wuerzburg |
| pSRFduet-pyrtRNAsynth | — | — | Provided by the Chair for Pharmaceutics and Biopharmacy, University Wuerzburg |
| Qiagen Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | Gel Purification |
| Qiagen PCR purification Kit | Qiagen | 28104 | PCR Purification |
| Sodium L-ascorbate | Sigma Aldrich GmbH | A7631-100G | Chemical used for click reaction |
| T4 DNA Ligase | ThermoScientific | EL0011 | Ligation |
| tris(3-hydroxypropyltriazolylmethyl)amine (THPTA) | BaseClick | BCMI-006-100 | Chemical used for click reaction |
| 4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol | Sigma Aldrich GmbH | X100-1L | Triton X 100 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Amicon concentrating cell 400 ml | Merck KGaA | UFSC40001 | Concentrating unit |
| Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units | Merck KGaA | UFC901024 | Concentrating centrifugal unit |
| ÄKTA avant FPLC | ÄKTA | — | FPLC machine |
| Avanti J-26XP | Beckman Coulter | 393124 | Centrifuge for bacterial culture |
| Bacterial Shaking Incubator | Infors HT | Shaking incubator for bacterial culture | |
| FluorChem Q system | proteinsimple | — | Imaging and analysis system for SDS-PAGE |
| Fluorescent miscroscope | Keyence | BZ-9000 (BIOREVO) | |
| Fractogel® EMD SO3– (M) | Merck KGaA | 116882 | Ion Exchange Chromatography column material |
| Greiner CELLSTAR® 96 well plates | Sigma | M5811-40EA | 96 well plates for cell culture (ALP Assay) |
| Heraeus Multifuge X1R | ThermoScientific | — | Centrifuge |
| M-20 Microplate Swinging Bucket Rotor | ThermoScientific | 75003624 | Rotor for Microcentrifuge for plate during ALP staining |
| Microcentrifuge – 5417R | Eppendorf | — | Centrifuge |
| OriginPro 9.1 G | OriginLab | — | software for stastic analysis of ALP assay data |
| Polysine Slides | ThermoScientific | 10143265 | microscope slides |
| Rotor JA-10 | Beckman Coulter | — | rotor for Avanti J-26XP centrifuge |
| Rotor JLA 8.1 | Beckman Coulter | — | rotor for Avanti J-26XP centrifuge |
| Rotor JA 25.50 | Beckman Coulter | — | rotor for Avanti J-26XP centrifuge |
| Tecan infinite M200 multiplate reader | Tecan Deutschland GmbH | — | Multiplate reader for ALP assay |
| Thermocycler – Labcycler Gradient | SensoQuest GmbH | — | PCR |
| TxRed – microscope filter | Keyence | Filter for fluorescent microscope | |
| Ultrafiltration regenerated cellulose discs 3 kDa | Merck KGaA | PLBC04310 | used with amicon concentrating cell 400ml |
| Ultrafiltration regenerated cellulose discs 10 kDa | Merck KGaA | PLGC04310 | used with amicon concentrating cell 400ml |
Referências
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