Onderzoek naar biomoleculaire zelfassemblage helpt de celfunctie en ziektepathogenese bloot te leggen, en biedt ook een effectief middel om groene ecologische materiaalsystemen met unieke functies te construeren. Onlangs werd een team onder leiding van prof. Yan Xuehai van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen uitgenodigd om de voortgang op het gebied van zelfassemblage van peptiden (PSA) en procesmechanismen op meerdere schaal samen te vatten.

De studie, gepubliceerd in Accounts of Chemical Research , omvat de ontdekking van druppelachtige ongeordende structuren, de onthulling van een nieuw mechanisme voor vloeistof-vloeistoffasescheiding (LLPS)-gemedieerde meerstapsdesolvatie van PSA, de ontwikkeling van nieuwe vaste glasmaterialen met langeafstandsstoornissen, en de voorgestelde sleutelrichtingen voor het ontwerp en de ontwikkeling van peptidematerialen van de volgende generatie.

Biomoleculaire zelfassemblage in de natuur genereert unieke biologische functies zoals moleculaire herkenning en signaaltransductie via geordende en ongeordende supramoleculaire structuren. Vergeleken met geordende structuren bestaan ​​wanordelijke structuren gewoonlijk in de vorm van thermodynamische metastabiele toestanden, die moeilijk waar te nemen zijn vanwege hun kortstondige bestaan.

Met diepgaand onderzoek hebben onderzoekers geleidelijk enkele wanordelijke structuren ontdekt, zoals gecondenseerde druppeltjes of glas. Hoe je het zelfassemblageproces nauwkeurig kunt controleren, vooral om de stabiliteit en integriteit van wanordelijke structuren te garanderen, blijft echter een grote uitdaging op het gebied van PSA.

Onderzoekers van IPE hebben gewerkt aan onderzoek naar biomoleculaire zelfassemblage, procesmechanismen op meerdere schaalniveaus en biomedische toepassingen. Op basis van eerdere werkzaamheden ontwikkelden ze nieuwe methoden om het PSA-proces te reguleren voor de constructie van geordende structuren en hun functionele toepassingen.

Door zich te concentreren op de tijdelijk voorkomende druppelachtige ongeordende structuren, onthulden ze dat het PSA-proces een meerstaps desolvatieproces is dat wordt gemedieerd door LLPS, evenals de modulatie van de metastabiele druppels om geordende structuren met verschillende morfologieën en functies te verkrijgen.

Bovendien ontdekten de onderzoekers wanordelijke vaste glasstructuren over lange afstanden en de prestatievoordelen van afbreekbaarheid en verwerkbaarheid, die nieuwe mogelijkheden bieden voor de ontwikkeling van nieuwe implanteerbare apparaten en systemen voor medicijnafgifte.

Zelf-geassembleerde ongeordende structuren door peptiden moeten nog worden onderzocht, zoals het gebruik van computersimulatie om ongeordende structuren te voorspellen, en het gebruik van in situ beeldvorming en volgtechnieken om de eigenschappen van ongeordende structuren te onthullen. Voortdurend onderzoek en ontwikkeling van PSA, van geordend tot ongeordend, biedt richtlijnen voor nauwkeurige regulatie van ongeordende structuren en functionele toepassingen.

De studie van aminozuren en peptiden die via LLPS coacervaten vormen, biedt een methode voor de ontwikkeling van biomimetische primitieve cellen, die ons helpt het biologische evolutieproces en de pathogenese van sommige ziekten te begrijpen. En de wanordelijke glasstructuren zullen naar verwachting op grote schaal worden gebruikt op biomedische gebieden, zoals de toediening van medicijnen en verwerkbare apparaten zoals draagbare apparaten, vanwege hun goede biologische afbreekbaarheid, verwerkbaarheid en milieuvriendelijkheid.

Meer informatie: Rui Chang et al., Peptide-zelfassemblage:van geordend naar ongeordend, Accounts of Chemical Research (2024). DOI:10.1021/acs.accounts.3c00592

Journaalinformatie: Verslagen van chemisch onderzoek

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen