Hydrogelen, bekend om hun biomimetische eigenschappen, zijn de toonaangevende materialen voor biomedische toepassingen, zoals medicijnafgifte en stamceltherapie. Traditionele hydrogels bestaande uit synthetische polymeren of natuurlijke biomoleculen dienen vaak als passieve steigers voor moleculaire of cellulaire soorten, waardoor deze materialen niet in staat zijn om de dynamische signalering die betrokken is bij biologische processen volledig te recapituleren, zoals cel-/weefselontwikkeling.

Foto-responsieve hydrogels zijn van bijzonder belang voor materiaalwetenschappers, omdat licht wordt beschouwd als een ideaal hulpmiddel om moleculen of celgedrag te controleren met een hoge spatiotemporele precisie en weinig invasiviteit. De grootste uitdaging voor wetenschappers is hoe deze complexe bolvormige eiwitten efficiënt kunnen worden samengevoegd tot supramoleculaire architecturen met behoud van hun functie.

In een recent onderzoek, een groep wetenschappers van de Hong Kong University of Science and Technology creëerde een B12-afhankelijke lichtgevoelige hydrogel door de fotoreceptor C-terminale adenosylcobalaminebindende domein (CarHC) -eiwitten covalent aan elkaar te hechten onder milde omstandigheden. Deze directe assemblage van op stimuli reagerende eiwitten in hydrogels vertegenwoordigt een veelzijdige oplossing voor het ontwerpen van "slimme" materialen en biedt enorme kansen voor toekomstige materiaalbiologie.

De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift PNAS op 6 juni, 2017.

"Bij ons onderzoek we waren in staat om een ​​volledig op recombinant eiwit gebaseerde lichtgevoelige hydrogels te creëren door de CarHC-fotoreceptor-eiwitten covalent te assembleren met behulp van genetisch gecodeerde SpyTag-SpyCatcher-chemie, " zei Fei Sun, auteur van de paper en assistent-professor aan de afdeling chemische en biomoleculaire engineering van HKUST. "Het is aangetoond dat de AdoB12-afhankelijke CarHC-tetramerisatie essentieel is voor de vorming van een elastische hydrogel in het donker, die een snelle gel-sol-overgang kan ondergaan, veroorzaakt door door licht geïnduceerde CarHC-demontage."

"De resulterende hydrogel bestaande uit fysiek zelf-geassembleerde CarHC-polymeren vertoonde een snelle gel-sol-overgang bij blootstelling aan licht, die de gemakkelijke afgifte/herstel van 3T3-fibroblasten en menselijke mesenchymale stamcellen (hMSC's) uit 3D-culturen mogelijk maakte, terwijl hun levensvatbaarheid behouden bleef. "Gezien de groeiende vraag naar het maken van op stimuli reagerende "slimme" hydrogels, de directe assemblage van op stimuli reagerende eiwitten in hydrogels vertegenwoordigt een veelzijdige strategie voor het ontwerpen van dynamisch afstembare materialen."