Antilichamen zijn eiwitten die fungeren als herkenningsmoleculen voor pathogenen, zoals virussen en bacteriën, en zijn de werkpaarden van het immuunsysteem van het lichaam. Ze herkennen specifieke moleculen en binden zich er zeer sterk aan, waardoor ze ideaal zijn voor biomedische toepassingen zoals diagnostiek of therapeutische behandelingen. Helaas, productie van antilichamen is duur, en ze zijn niet erg stabiel. Dit heeft een groeiend aantal chemici gemotiveerd om nieuwe synthetische materialen te onderzoeken die belangrijke aspecten van de structuur en functie van antilichamen kunnen nabootsen. Niettemin, het blijft een fundamentele uitdaging om chemisch diverse populaties van eiwitachtige, gevouwen synthetische nanostructuren die kunnen worden aangepast om specifiek pathogenen en andere moleculen te binden.

In een recente studie gepubliceerd in ACS Nano , een team van Foundry-medewerkers, nauw samenwerken met gebruikers van UC San Francisco, Pacific Northwest Nationaal Laboratorium, en de Universiteit van New York, hebben een nieuwe methode ontwikkeld om snel bibliotheken van tweedimensionale peptoïde nanostructuren te synthetiseren en te screenen die in staat zijn om selectief doeleiwitten te binden. Peptoïden zijn bio-geïnspireerd, sequentie-gedefinieerde moleculen die fungeren als bouwstenen voor het construeren van eiwitachtige structuren.

"We kunnen nu gemakkelijk populaties van synthetische materialen bouwen die kunnen worden gemanipuleerd om een ​​potentiële ziekteverwekker te herkennen, " zei Ron Zuckermann, een Senior Scientist bij de Foundry die de studie leidde. "Het is een lichtend voorbeeld van biomimetische nanowetenschap:het creëren van functionele chemische architecturen van gevouwen, informatierijke polymeerketens."

Zuckermann en zijn collega's ontwierpen een familie van peptoïde polymeren om te vouwen tot geordende nanosheets met een hoge dichtheid van diverse peptoïde lussen op hun oppervlak, als een moleculaire versie van Velcro. De dichtheid van lussen op de nanosheet biedt meerdere hechtingsplaatsen aan doeleiwitten en verhoogt de bindingsselectiviteit en gevoeligheid.

Een van de belangrijkste beperkingen om grote bibliotheken van gevouwen nanostructuren te screenen, is de complexiteit van hun synthese. Het onderzoeksteam werkte aan het automatiseren van bijna elke stap van het synthese- en screeningproces - van de chemische synthese van lusbevattende peptoïden (loopoïden), het assembleren van de loopoids in nanosheets, het screenen van de loopoid nanosheets tegen verschillende eiwitten op bindingsactiviteit (hits), en het valideren van hits.

Met behulp van deze nieuwe procedure, de onderzoekers identificeerden een peptoïde structuur die gemakkelijk en selectief bindt aan miltvuur beschermend antigeen, een toxine-gerelateerd eiwit.

"Dit werk was het resultaat van een enorme inspanning van een aantal instellingen en vormt een mijlpaal voor het veld, ' zei Zuckermann.

Optimalisatie van de synthese, samenkomst, en screeningprocessen bieden een schaalbare strategie voor het genereren en screenen van grote chemische bibliotheken van 2D-nanomaterialen die krachtige en selectieve binding aan doeleiwitten kunnen vertonen. Deze eigenschappen moeten de snelle ontdekking van pathogeenspecifieke bindende materialen mogelijk maken en een impact hebben op veel biomedische toepassingen zoals sensing, diagnostiek, en therapieën.