Jin Kim Montclare, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, met voorkeuren bij NYU Langone Health en NYU College of Dentistry, leidde dit onderzoek met eerste auteur Michael Meleties, collega Ph.D. student Dustin Britton, postdoctoraal medewerker Priya Katyal, en niet-gegradueerde onderzoeksassistent Bonnie Lin.

Dankzij hun afstembare eigenschappen, hydrogels die stimuli-gevoelige polymeren bevatten, behoren tot de meest aantrekkelijke moleculaire steigers omdat hun veelzijdigheid toepassingen in tissue engineering mogelijk maakt, medicijnafgifte en andere biomedische gebieden.

Peptiden en eiwitten worden steeds populairder als bouwstenen omdat ze kunnen worden gestimuleerd om zichzelf te assembleren tot nanostructuren zoals nanodeeltjes of nanovezels, wat gelering mogelijk maakt - de vorming van supramoleculaire hydrogels die water en kleine moleculen kunnen vasthouden. Ingenieurs, om zulke slimme biomaterialen te genereren, zijn systemen aan het ontwikkelen die kunnen reageren op een veelheid aan stimuli, waaronder warmte. Hoewel thermogevoelige hydrogels tot de veel bestudeerde en goed begrepen klasse van eiwitbiomaterialen behoren, er wordt naar verluidt ook aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het opnemen van stimuli-responsiviteit, waaronder pH, licht, ionische sterkte, redox, evenals de toevoeging van kleine moleculen.

De NYU Tandon-onderzoekers, die eerder een responsieve hydrogel meldde die was gevormd met behulp van een coiled-coil-eiwit, Q, breidden hun studies uit om de gelering van Q-eiwit bij verschillende temperaturen en pH-omstandigheden te identificeren.

Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie, reologie en structurele analyses, ze merkten op dat Q zichzelf assembleert en op vezels gebaseerde hydrogels vormt met een gedrag van de bovenste kritische oplossingstemperatuur (UCST) met verhoogde elastische eigenschappen bij pH 7,4 en pH 10. Bij pH 6, echter, Q vormt polydisperse nanodeeltjes, die niet verder zelf assembleren en gelering ondergaan. De hoge netto positieve lading van Q bij pH 6 zorgt voor een aanzienlijke elektrostatische afstoting, het voorkomen van de gelering. Deze studie zal mogelijk de ontwikkeling van nieuwe scaffolds en functionele biomaterialen begeleiden die gevoelig zijn voor biologisch relevante stimuli

Montclare legde uit dat het fasegedrag van de bovenste kritische oplossingstemperatuur (UCST) wordt gekenmerkt door een oplossing die een hydrogel vormt wanneer deze onder een kritische temperatuur wordt afgekoeld.

"In ons geval, het is te wijten aan de fysieke verknoping/verstrengeling van vezels die onze op vezels gebaseerde hydrogel vormt wanneer deze wordt afgekoeld, " ze zei, toe te voegen dat wanneer de temperatuur boven de kritische temperatuur wordt verhoogd, de hydrogel gaat terug in oplossing en de meeste vezels zouden moeten ontwarren.

"In onze studie we hebben gekeken hoe dit proces wordt beïnvloed door de pH. Wij zijn van mening dat de hoge nettolading van het eiwit bij pH 6 elektrostatische afstoting veroorzaakt die voorkomen dat het eiwit zich in vezels en verder in hydrogels verzamelt, terwijl bij een hogere pH waar er minder elektrostatische afstoting zou zijn, het eiwit kan zich assembleren tot vezels die vervolgens gelering kunnen ondergaan."