Fortschritte bei der Selbstorganisation von Peptiden auf mehreren Skalen

Die Erforschung der biomolekularen Selbstorganisation trägt dazu bei, Zellfunktionen und die Pathogenese von Krankheiten aufzudecken und ist außerdem ein wirksames Mittel zum Aufbau grüner ökologischer Materialsysteme mit einzigartigen Funktionen. Kürzlich wurde ein Team unter der Leitung von Professor Yan Xuehai vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eingeladen, ihre Fortschritte bei der Peptidselbstorganisation (PSA) und mehrskaligen Prozessmechanismen zusammenzufassen.

Die Studie, veröffentlicht in Konten für chemische Forschungumfasst die Entdeckung ungeordneter tröpfchenartiger Strukturen, die Entdeckung eines neuartigen mehrstufigen Desolvatisierungsmechanismus von PSA, der durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) vermittelt wird, die Entwicklung neuartiger fester Glasmaterialien, die über große Entfernungen Unordnung aufweisen, und vorgeschlagene Schlüsselrichtungen für das Design und die Entwicklung von Peptidmaterialien der nächsten Generation.

Die biomolekulare Selbstorganisation erzeugt in der Natur einzigartige biologische Funktionen wie molekulare Erkennung und Signalübertragung durch geordnete und ungeordnete supramolekulare Strukturen. Im Vergleich zu geordneten Strukturen liegen ungeordnete Strukturen im Allgemeinen als thermodynamische metastabile Zustände vor, die aufgrund ihrer kurzlebigen Existenz schwer zu beobachten sind.

Durch umfangreiche Forschung entdeckten Forscher nach und nach einige ungeordnete Strukturen wie kondensierte Tröpfchen oder Glas. Allerdings bleibt die genaue Kontrolle des Selbstorganisationsprozesses, insbesondere um die Stabilität und Integrität ungeordneter Strukturen sicherzustellen, eine große Herausforderung im Bereich der PSA.

IPE-Forscher haben an der Erforschung der biomolekularen Selbstorganisation, mehrskaligen Prozessmechanismen und biomedizinischen Anwendungen gearbeitet. Basierend auf früheren Arbeiten entwickelten sie neue Methoden zur Regulierung des PSA-Prozesses für den Aufbau geordneter Strukturen und deren funktionale Anwendungen.

Sie konzentrierten sich auf ungeordnete tröpfchenartige Strukturen, die vorübergehend auftreten, und zeigten, dass der PSA-Prozess ein mehrstufiger Desolvatisierungsprozess ist, der durch LLPS vermittelt wird, sowie die Modulation metastabiler Tröpfchen, um geordnete Strukturen mit unterschiedlichen Morphologien und Funktionen zu erreichen.

Darüber hinaus entdeckten die Forscher weitreichende ungeordnete Festglasstrukturen und die Leistungsvorteile der Abbaubarkeit und Verarbeitbarkeit, die neue Möglichkeiten für die Entwicklung neuartiger implantierbarer Geräte und Arzneimittelverabreichungssysteme eröffnen.

Selbstorganisierte ungeordnete Strukturen von Peptiden müssen noch erforscht werden, beispielsweise mithilfe von Computersimulationen zur Vorhersage ungeordneter Strukturen und mithilfe von In-situ-Bildgebungs- und Verfolgungstechniken, um Eigenschaften ungeordneter Strukturen aufzudecken. Die laufende Forschung und Entwicklung des geordneten in ungeordneten PSA liefert Leitlinien für die präzise Regulierung ungeordneter Strukturen und funktioneller Anwendungen.

Die Untersuchung von Aminosäuren und Peptiden, die durch LLPS Koazervate bilden, bietet eine Methode zur Entwicklung biomimetischer primitiver Zellen, die uns hilft, den Prozess der biologischen Evolution und die Pathogenese bestimmter Krankheiten zu verstehen. Aufgrund ihrer guten biologischen Abbaubarkeit, Verarbeitbarkeit und Umweltfreundlichkeit wird erwartet, dass ungeordnete Glasstrukturen in biomedizinischen Bereichen wie der Arzneimittelverabreichung und verarbeitbaren Geräten wie tragbaren Geräten weit verbreitet sein werden.