محققان از قوی ترین اسرار طبیعت برای ساختن مواد زیستی حتی قوی تر استفاده می کنند
کسانی که سعی کرده اند صدف را از هر چیزی از چوب گرفته تا صخره جدا کنند، می دانند که نرم تنان زیر آب چقدر سرسخت هستند – و راز چسبناک آنها مدت هاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. برای سال‌ها، محققان تلاش کرده‌اند این چسب فوق‌العاده و خواص آن را در آزمایشگاه تکرار کنند و برخی از هشت پروتئینی را که صدف‌ها ترشح می‌کنند و برای پوشاندن اندامی به نام پا که صدف‌ها برای چسباندن به سطوح استفاده می‌کنند، هدف قرار داده‌اند.
اکنون، محققان دانشگاه نورث وسترن، با استفاده از روشی جدید برای چیدمان مولکول‌ها، ماده‌ای ایجاد کرده‌اند که حتی بهتر از چسبی که می‌خواستند تقلید کنند، عمل می‌کند. یافته‌های آنها که در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است ، توضیح می‌دهد که چگونه این پلیمرهای پروتئین‌مانند می‌توانند به عنوان بستری برای ایجاد مواد و مواد درمانی جدید استفاده شوند.
Nathan Gianneschi از Northwestern می‌گوید: «پلیمر می‌تواند به عنوان یک چسب در زمینه‌های زیست پزشکی استفاده شود، به این معنی که اکنون می‌توانید آن را به بافت خاصی در بدن بچسبانید. و مولکول‌های دیگر را در نزدیکی خود در یک مکان نگه دارید، که برای بهبود یا ترمیم زخم مفید است.
جیانشی این مطالعه را رهبری کرد و استاد شیمی ژاکوب و روزالین کوهن در کالج علوم و هنر واینبرگ در نورث وسترن است.
پروتئین هایی مانند پروتئین هایی که از پای صدف ترشح می شود در اطراف طبیعت وجود دارد. تکامل عادت به ایجاد این زنجیره های خطی و طولانی از اسیدهای آمینه کرده است که بارها و بارها تکرار می شوند (به نام پروتئین های تکراری پشت سر هم یا TRPs). چارچوب‌های پروتئینی که گاهی کشدار، قوی و چسبنده به نظر می‌رسند، در بال‌ها و پاهای حشرات، ابریشم عنکبوت و پای صدف‌ها ظاهر می‌شوند. دانشمندان توالی های اولیه دقیق اسیدهای آمینه را که بسیاری از این پروتئین ها را تشکیل می دهند، می دانند، با این حال در تکرار فرآیند پیچیده طبیعی با حفظ کیفیت های خارق العاده مشکل دارند.
نویسنده اول مقاله، یا برگر، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه جیانسکی که پپتیدها را مورد مطالعه قرار می دهد – این زنجیره اسیدهای آمینه – با ایده ای در مورد نحوه چیدمان اجزای سازنده اسید آمینه به گونه ای متفاوت برای تکرار خواص به جای کپی مستقیم ساختار پروتئین های صدف آمد. .
برگر با استفاده از بلوک ساختمانی یکی از پروتئین ها (دکاپپتید تکراری، یک توالی 10 اسید آمینه که پروتئین پای صدف را می سازد) و متصل کردن آن به پلیمر مصنوعی، فکر کرد که این خواص ممکن است افزایش یابد.
جیانسچی به عنوان معاون موسسه بین المللی نانوتکنولوژی، بسیاری از آزمایشگاه های خود را بر اساس ایده تقلید پروتئین ها در عملکرد با استفاده از شیمی پلیمر ساخته است. در درمان‌های دقیق، درمان‌های دارویی مانند آنتی‌بادی‌ها و سایر مولکول‌های کوچک با برخی بیماری‌ها مبارزه می‌کنند، که در آن از نانوحامل برای رساندن دارو به هدف به طور مؤثرتر استفاده می‌شود. اما Gianneschi می‌گوید که تکثیر پروتئین‌ها می‌تواند با تغییر فعل و انفعالات درون و بین سلول‌هایی که در پیشرفت بیماری نقش دارند یا بین سلول‌ها، بافت‌ها و مواد، به مشکلات بیولوژیکی متفاوت برخورد کند.
جیانسچی گفت: “پروتئین ها آمینو اسیدها را به صورت زنجیره ای مرتب می کنند، اما در عوض ما آنها را برداشتیم و به صورت موازی روی یک ستون فقرات پلیمری مصنوعی متراکم قرار دادیم.” این همان کاری بود که ما برای کنترل فعل و انفعالات بیولوژیکی خاص شروع کرده‌ایم، بنابراین همان فناوری پلتفرمی که برای درمان‌های آینده استفاده خواهیم کرد، واقعاً به طور بالقوه در علم مواد جالب شده است.»
نتیجه چیزی بود که به جای حلقه کردن آمینو اسیدها در یک خط مستقیم به عنوان یک زنجیره به نظر می رسید مانند یک قلم مو از پپتیدها. در حالی که فرآیند جدید ممکن است مانند افزودن یک مرحله اضافی به نظر برسد، تشکیل پلیمرهای پروتئین مانند (PLPs) چندین مرحله را نادیده می گیرد، و محققان را ملزم می کند تا پپتیدها را در یک سینت سایزر به راحتی در دسترس تشکیل دهند و آنها را به ستون فقرات محکم بسته بندی شده وارد کنند تا مراحل خسته کننده پروتئین را طی کنند. اصطلاح.
برای آزمایش اثربخشی ماده جدید، محققان از مواد پلیمری یا پروتئین بومی صدف روی صفحات شیشه ای استفاده کردند. محققان سلول‌ها را روی صفحات قرار دادند و سپس، پس از شستن آنها، بررسی کردند که چه تعداد سلول وجود دارد، چه به هم چسبیده یا نه، تا میزان عملکرد مواد را بسنجند. آنها دریافتند که PLP یک ابرچسب سلولی تشکیل می دهد که بیشترین سلول ها را در مقایسه با مخلوط بومی و صفحه درمان نشده باقی می گذارد.
برگر گفت: «در واقع قصد نداشتیم خواص صدف را بهبود ببخشیم. ما فقط قصد تقلید آن را داشتیم، اما وقتی رفتیم و آن را در چندین سنجش مختلف آزمایش کردیم، در واقع خواص بهتری نسبت به ماده اصلی در این تنظیمات دریافت کردیم.
این تیم امیدوار است که این مدل بتواند به طور گسترده در سایر پروتئین‌هایی که توالی خود را تکرار می‌کنند تا عملکردی به روشی جدید برای تکثیر پروتئین‌ها به دست آورند، قابل استفاده باشد. آنها فرض می کنند که چنین پلتفرمی می تواند بهتر از همتایان بومی خود عمل کند زیرا متراکم تر و مقیاس پذیرتر هستند. Gianneschi گفت که این اولین مقاله از بسیاری از مقالاتی است که در مورد تقلید پروتئین های مبتنی بر پلیمر بحث می کند، و او در حال حاضر در مورد برنامه های کاربردی برای مواد آینده فکر می کند.
به عنوان مثال، رسیلین، یک پروتئین کشسان که در پاها و بال‌های حشرات یافت می‌شود، می‌تواند برای ساخت هواپیماهای بدون سرنشین انعطاف‌پذیر و سایر رباتیک‌ها استفاده شود.
جیانشی گفت: «وقتی از پلیمرها صحبت می‌کنید، برخی افراد بلافاصله به کیسه‌ها و بطری‌های پلاستیکی فکر می‌کنند. در عوض، اینها مواد بسیار کاربردی و دقیقی هستند که در دسترس هستند.»
جیانشی و برگر مخترعان مالکیت معنوی معلق در این فضا هستند. جیانسی همچنین استاد مهندسی زیست پزشکی و علوم و مهندسی مواد در دانشکده مهندسی مک کورمیک و عضو مؤسسه شیمی فرآیندهای حیات، مؤسسه سیمپسون کوئری و مرکز جامع سرطان رابرت اچ. لوری از دانشگاه نورث وسترن است. او یکی از بنیانگذاران شرکتی به نام Grove Biopharma است که به دنبال توسعه نسخه هایی از این مواد به عنوان درمان های ترجمه ای است.
– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه نورث وسترن منتشر شد