通过蛋白质工程设计Cell-Responsive生物材料亚博网站下载

目前,外科医生使用两个主要类型的材料在体内以取代损坏的身体部位:常见的工业原料或收获天然材亚博网站下载料。常见的工业材料包括不锈钢和钛合金人工亚博网站下载关节和合成聚合物在血管绕过。虽然这些材料通常在体内取亚博网站下载代机械功能表现良好,他们缺乏的微型和纳米组织适当的体内生化功能的必要条件。

为了取代这些生化功能,收获自然材料,如心脏瓣膜和其他器官移植一般的黄金标准。亚博网站下载然而,这些天然材料有很多限制:他们是昂贵的和长亚博网站下载时间的收获和净化,他们传播疾病的风险,他们缺乏严格的质量控制中再现性的合成工业材料,他们几乎不可能自定义为特定的应用程序。

作为回应,莎拉Heilshorn教授和她的团队Heilshorn生物材料集团一直在探索的可能性,设计和合成材料制成的蛋白质工程。亚博网站下载¹蛋白质是人体的主要材料成分之一,随着时间的推移,他们已经进化形成材料具有一系列眼花缭乱的生物力学和生物化学特性。亚博网站下载蛋白质是由氨基酸几串在一起成一个长链。

通过改变链中的氨基酸的序列,蛋白质与不同的材料属性创建。自然进化的蛋白质的指令,包含每个蛋白质链的氨基酸序列编码遗传物质,在细胞的细胞核的DNA,发现。模拟这个过程,材料科学家可以编码新的氨基酸序列亚博网站下载的设计化学合成的DNA。这种基因信息插入到宿主生物体,如非传染性细菌。天然合成机械在宿主生物体然后翻译工程DNA信息和综合的氨基酸序列的蛋白质链指定。工程蛋白产品可以纯化和加工成材料。

莎拉Heilshorn教授和她的团队使用这种技术,重组蛋白质工程,设计新的蛋白质医学应用的材料。亚博网站下载这些蛋白质材料结合许多常见的亚博网站下载工业原料的优势,如再现性和容易的定制,收获自然材料的优势,比如细胞相容性和生物降解性。这些新材料的工作通过亚博网站下载模仿自然蛋白质里面我们的身体。

就像天然的蛋白质,这些蛋白质工程包含生物力学和生物化学“指令”,可以指导细胞在特定的行为方式。使用这些新材料,我们正在努力确定亚博网站下载正确的指令集,将导致细胞遵循迁移、增殖,并分化成特定的组织类型,图1。

图1。数码显微镜图像增强的神经干细胞(绿色和蓝色所示)内种植protein-engineered生物材料。一些细胞开始分化成神经元(绿色)所示,延长长神经炎的芽。原始显微照片收购谢丽尔Wong阿宝Foo;数字艺术作品由切尔西卡斯蒂略。

我的实验室目前正在关注材料治疗中枢神经系统疾病和伤痛,尽管这种材料设计策略可亚博网站下载以应用于任何组织类型。²因为细胞同时应对生物力学和生物化学信号,它是设计的关键材料,使每个变量的独立的调制。亚博网站下载

作为一个例子,我们设计了蛋白质材料,结合elastic-like力学性能(弹性和弹亚博网站下载性)cell-adhesive生化性质。³这些材料可以亚博网站下载进一步用来应对当地的细胞环境的变化与细胞分泌酶反应。⁴这些material-enzyme反应可以用来触发三维模式的出现在材料或触发多个药物有明显的交付时间和空间发布概要文件。通过模仿的材料在我们的身体中,这些亚博网站下载protein-engineered材料将使新医学疗法的发展。

确认

本文中描述的工作是支持的赫尔曼教授学者奖,deLarios家族学者基金,国家科学院凯克期货倡议,美国国家科学基金会(efri - cbe - 0735551和dmr - 0846363),和美国国立卫生研究院(1 dp2 - od - 006477 - 01和r01 dk - 085720 - 01)。亚博老虎机网登录

引用

1。黄阿宝Foo C, Heilshorn SC。蛋白质工程生物材料,第八章,蛋白质工程和设计,编辑科克伦亚博网站下载J和公园SJ, CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿的2009。
2。黄阿宝Foo C, Lee JS Mulyasasmita W, Parisi-Amon Heilshorn SC。双组分protein-engineered物理水凝胶细胞封装。美国国家科学院学报》上2009年,106年(52):22067 - 22072亚博老虎机网登录。
3所示。Straley K, Heilshorn SC。独立的多个生物材料属性使用蛋白质工程的调优。软物质2009;5:114 - 124。
4所示。Straley K, Heilshorn SC。动态、三维模式enzyme-responsive内形成水凝胶。2009年先进材料亚博网站下载,21:4148 - 4152。