Forscher von der Carnegie Mellon University haben eine neuartige Methode zum Erstellen selbstorganisierten Protein / Polymer- Nanostrukturen , das erinnert an Fasern in lebenden Zellen gefunden werden entwickelt. Das Werk bietet einen vielversprechenden neuen Weg, um Materialien für den Wirkstofftransport und Tissue Engineering -Anwendungen herzustellen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht .
"Wir haben gezeigt, dass durch Zugabe von flexiblen Linkern an Proteinmoleküle , können wir völlig neue Arten von Aggregaten . Diese Aggregate können als Konstruktionswerkstoff , auf die Sie verschiedene Nutzlasten , wie Drogen legen zu handeln. In der Natur , dieses Protein isn ' t nahe daran ist ein Strukturmaterial ", sagte Tomasz Kowalewski , Professor der Chemie in der Carnegie Mellon Mellon College of Science .
Die Bausteine der Fasern sind ein paar modifizierte grün fluoreszierende Protein (GFP) Moleküle mit einem Prozess namens Klick-Chemie miteinander verknüpft. Ein gewöhnlicher GFP -Molekül normalerweise nicht mit anderen GFP -Moleküle binden , um Fasern zu bilden. Aber wenn der Carnegie Mellon Doktorand Saadyah Averick , die unter der Leitung von Krzysztof Matyjaszewski , der JC Warner Professor der Naturwissenschaften und der Universität Professor für Chemie in CMU Mellon College of Science , verändert die GFP -Moleküle und befestigt PEO - Dialkin Linker zu ihnen, sie bemerkte etwas seltsam - die GFP -Moleküle schien Selbstorganisation zu langen Fasern . Wichtig ist, dass die Fasern zerlegt , nachdem sie auf Schallwellen ausgesetzt wird, und dann innerhalb von ein paar Tagen wieder zusammengesetzt. Systeme, die diese Art der beidseitigen faserigen Selbstorganisation zeigen, sind seit langem von den Wissenschaftlern zur Verwendung in Anwendungen wie beispielsweise Gewebe-Engineering , Drug Delivery , Nanoreaktoren und Abbildungs gesucht.
"Das war reine Neugier getrieben und Serendipity getriebene Arbeit", sagte Kowalewski . "Aber wo kontrollierte Polymerisation und organische Chemie treffen Biologie, interessante Dinge passieren. "
Das Forschungsteam beobachtet die Fasern mit Hilfe der konfokalen Lichtmikroskopie bestätigt ihre Montage mittels dynamischer Lichtstreuung und studierte ihre Morphologie mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) . Sie beobachteten auch, dass die Fasern waren fluoreszierend, was anzeigt, dass die GFP -Molekülen behielten ihre 3D-Struktur , während miteinander verknüpft.
Um festzustellen , welche Prozesse wurden die Selbstorganisation der Fahrt Matyjaszewski und Kowalewski wandte sich Anna Balazs , Professor für Chemieingenieurwesen und der Robert vd Luft Professor an der Universität von Pittsburgh. Ein führender Experte für Modellierung der Dynamik und mechanischen Eigenschaften der mesoskalige Systeme , Balazs lief eine Computersimulation des GFP -Moleküle " Selbstorganisationsprozess mit einer Technik namens dissipative Partikeldynamik , eine Art von grobkörnige Moleküldynamik -Methode. Die Simulation bestätigt Tendenz des modifizierten GFPs um Fasern zu bilden , und zeigte, dass der Selbstorganisationsprozess wurde durch die Wechselwirkung der hydrophoben Stellen auf den Oberflächen der einzelnen GFP Moleküle angetrieben. Außerdem Balazs ' simuliert Fasern eng entsprach , was Kowalewski mit AFM beobachtet.
"Unsere Protein-Polymer- System gibt uns eine atomar präzise, sehr gut definierte nanoskalige Gebäude Objekt auf dem wir verschiedene Handgriffe in sehr genau definierten Positionen zu befestigen. Es kann in einer Weise, die nicht immer durch die Biologie bestimmt war eingesetzt werden", Kowalewski genannten .