Конструировать Клетк-Отзывчивые Биоматериалы До Протеин Инджиниринг

В Настоящее Время, типы пользы 2 хирургов основные материалов внутри тела для того чтобы заменить поврежденные части тела: любые общие промышленные материалы или сжатые естественные материалы. Общие промышленные материалы включают сплавы нержавеющей стали и титана в искусственних соединениях и синтетические полимеры в васкулярных перепусках. Пока эти материалы часто выполняют хорошо на заменять механически функции в теле, они нуждается много из организации микро- и nano-маштаба необходимой для правильной биохимической функции внутри тело.

Для того чтобы заменить эти биохимические функции, сжатые естественные материалы как клапаны сердца и другие трансплантаты органа вообще золотой стандарт. Однако, эти естественные материалы имеют несколько ограничений: они дорогие и врем-интенсивнейшие для того чтобы сжать и очистить, они рискуют передачу заболеваний, они нуждаются строгой воспроизводимости проверки качества найденной в синтезе промышленных материалов, и они почти невозможны для того чтобы подгонять для специфических применений.

В реакции, Профессор Сара Heilshorn и ее команда на Группе Биоматериалов Heilshorn исследовали возможность конструировать и синтезировать материалы сделанные из проектированных протеинов.¹ Протеины один из главным образом материальных компонентов наших тел, и они эволюционировали над временем сформировать материалы с ослеплять блоком biomechanical и биохимических свойств. Протеин сделан из нескольких аминокислот зашнурованных совместно в длиннюю цепь.

Путем менять последовательность аминокислот в цепи, протеины с различными материальными свойствами созданы. Для естественно эволюционированных протеинов, инструкции которые содержат последовательность аминокислот для каждой цепи протеина зашифрованы в нашем генетическом материале, ДНА, нашли в ядре клеток. Для того чтобы передразнить этот процесс, научные работники материалов могут зашифровать новые последовательности аминокислоты в биты проектированного ДНА которые химически синтезированы. Это генетическое сообщение введено в организм хозяина, как неинфекционные бактерии. Естественное синтетическое машинное оборудование в организме хозяина после этого переводит проектированное сообщение ДНА и синтезирует цепь протеина при точная определенная последовательность аминокислоты. Проектированный продукт протеина можно после этого очистить и обработать в материал.

Профессор Сара Heilshorn и ее команда использует этот метод, рекомбинатное инженерство протеина, для того чтобы конструировать новые материалы протеина для медицинских применений. Эти материалы протеина совмещают много из преимуществ общих промышленных материалов, как воспроизводимость и легкое изготовление на заказ, с преимуществами сжатых естественных материалов, как совместимость клетки и биоразлагаемость. Эти новые материалы работают путем имитировать естественные протеины найденные внутри наших тел.

Как Раз как естественные протеины, эти проектированные протеины содержат biomechanical и биохимические «инструкции» которые могут направить клетки для того чтобы поступать в некоторых путях. Используя эти новые материалы, мы работаем для того чтобы определить правильный комплект инструкций которые причинят клетки для того чтобы придерживаться, проникаться, пролиферироваться, и дифференцироваться в специфический тип ткани, Диаграмму 1.

Диаграмма 1. увеличенное Цифров изображение микроскопа нервных стволовых клеток (показано в зеленой и голубом), котор росли внутри протеин-проектированный биоматериал. Несколько из клеток начинали продифференцировать в невроны (показанные в зеленом цвете) и удлинить длинние neuritic ростки. Первоначально микрорисунок приобретенный Черилом Wong Po Foo; цифровое художественное произведение выполненное Челси Castillo.

Моя лаборатория в настоящее время сфокусирована на материалах для того чтобы обработать заболевания и ушибы к центральной системе, хотя эта материальная стратегия конструкции может быть прикладной к любому типу ткани.² Потому Что клетки одновременно отвечают и к biomechanical и биохимическим сигналам, критическое конструировать материалы которые включают независимую модуляцию каждого переменного.

Как один пример, мы конструировали материалы протеина которые совмещают эластичн-как механически свойства (они stretchy и жизнерадостный) с свойствами клетк-прилипателя биохимическими.³ Эти материалы могут более в дальнейшем быть конструированы для того чтобы ответить к изменениям в окружающей среде местной клетки путем реагировать с клетк-сделанными секретным энзимами.⁴ Эти реакции материал-энзима можно использовать для того чтобы вызвать эмерджентность трехмерных картин внутри материал или вызвать поставку множественных снадобиь с определенными височными и пространственный профилями отпуска. Путем имитировать материалы естественно найденные в наших телах, эти протеин-проектированные материалы включат развитие новых медицинских терапий.

Подтверждения

Работа описанная в настоящей статье была поддержана Наградой Эрудита Факультета Hellman, Фондом Эрудита Семейства deLarios, Национальной Инициативой Будущих Keck Академий, Национальным фондом (EFRI-CBE-0735551 и DMR-0846363), и Национальными Институтами Здоровья (1DP2-OD-006477-01 и R01-DK-085720-01).

Справки

1. Wong Po Foo C, Биоматериалы SC. Heilshorn Проектированные Протеином, Глава 8, Протеин Инджиниринг и Конструкция, редакторы Cochran J и Парк SJ, Давление CRC, Бока-Ратон, FL, 2009.
2. Wong Po Foo C, Ли JS, Mulyasasmita W, Parisi-Amon A, 2-Компонент SC. Heilshorn протеин-проектировал физические гидрогели для заключения клетки. Продолжения Государственной Академии Наук США 2009, 106 (52): 22067-22072.
3. Straley K, настраивать SC. Heilshorn Независимый множественных свойств биоматериала используя инженерство протеина. Мягкое Дело 2009; 5:114-124.
4. Straley K, SC. Динамический, трехмерное образование Heilshorn картины внутри энзим-отзывчивые гидрогели. Предварительные Материалы 2009, 21:4148-4152.