Hydrogels zijn polymere materialen die een grote hoeveelheid water kunnen absorberen, waardoor ze flexibel zijn als menselijk weefsel. Ze worden gebruikt in een aantal medische toepassingen, inclusief contactlenzen, wondverband, en gezichtsreconstructie.

Hydrogels kunnen ook worden gebruikt bij het toedienen van medicijnen, bijvoorbeeld, als coatings voor medicijnen. Echter, er blijven nog steeds vragen over de werkzaamheid van de medicijnafgifte, omdat het niet duidelijk is hoe eiwitten in uw lichaam interageren met de hydrogels.

"Als je een hydrogel in je lichaam stopt, er zijn eiwitten in je lichaam die dan kunnen interageren met dat materiaal, " zei Lydia Kisley, een Beckman-Brown interdisciplinair postdoctoraal onderzoeker. "Idealiter wil je dat eiwitten hun functie en structuur behouden, dus er zijn geen nadelige effecten."

Kisley, een chemicus, en andere onderzoekers van het Beckman Institute for Advanced Science and Technology aan de University of Illinois hebben onlangs Fast Relaxation Imaging (FReI) gebruikt om de vouwstabiliteit en -dynamiek van eiwitten in polyacrylamide-hydrogels te onderzoeken. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in "Direct Imaging of Protein Stability and Folding Kinetics in Hydrogels" in ACS toegepaste materialen en interfaces .

"We proberen te begrijpen hoe eiwitten zich gedragen in deze materiële omgevingen, "Zei Kisley. "Er zijn niet veel tools beschikbaar om dat te doen. Dit artikel was de eerste demonstratie van de nieuwe beeldvormingstechniek om eiwitten in een materiaal te begrijpen."

De groep gebruikte een fluorescentiemicroscoop in het lab van Martin Greubele, een professor in de chemie en lid van Beckman's Nanoelectronics and Nanomaterials Group. FReI detecteert eiwitontvouwing in situ door beeldvorming van veranderingen in fluorescentieresonantie-energieoverdracht (FRET) na verstoringen van temperatuursprongen.

"Het unieke dat we hier met de microscoop toevoegen, is een temperatuurverandering. Door deze zeer snelle temperatuurverandering te gebruiken, we kunnen zien hoe het eiwit reageert op temperatuur en hoe stabiel het is. En hoe de opsluiting en chemie van de hydrogel ook de eiwitstabiliteit verandert, ' zei Kisley.

De functie van het eiwit komt van hoe het is gevouwen, legde Kisley uit. Om te begrijpen hoe eiwitten die sommige medicijnen vormen, werken, het is cruciaal om te begrijpen hoe ze folden.

De groep stelde vast dat de hydrogel de eiwitstabiliteit verhoogt, versnelt het vouwen van ontspanning, en bevordert onomkeerbare binding aan de oplossing-gel-interface.

"Hoewel deze materialen zeer compatibel zijn, omdat ze een hoog watergehalte hebben, we ontdekten dat bij lage temperaturen, wanneer het eiwit is ontvouwd, het in orde is, maar zodra het eiwit zich een beetje begint te ontvouwen, gaat het aan het materiaal plakken, en kan er zelfs voor zorgen dat meer eiwitten gaan aggregeren en eraan blijven plakken, dus het suggereert dat het eiwit een beetje gedestabiliseerd is, ' zei Kisley.

"Het was een ingewikkelder systeem dan we hadden verwacht. Ik dacht dat het simpel zou zijn, maar dat is vrij gebruikelijk in de wetenschap, waar dingen uiteindelijk ingewikkelder zijn dan je zou verwachten."

Kisley's fellowship aan het Beckman Institute heeft haar in staat gesteld haar promotieonderzoek naar diffusie en adsorptie van eiwitten in hydrogels te koppelen aan eiwitvouwing in hydrogels en aanvullende oppervlakte- en polymeerborstelmonsters.

Ze is van plan te onderzoeken of het gedrag dat we in een grotere 3D-gel zien, ook op een kleiner oppervlak voorkomt. omgeving op nanoschaal.