Wissenschaftler molekulare Ketten, Chemische ‚Lichtschwerter‘ für das tissue engineering

Tissue engineering könnte verwandeln Medizin. Anstatt zu warten, für unseren Körper zu erneuern oder Reparatur von Schäden nach einer Verletzung oder Krankheit, die Wissenschaftler konnten wachsen komplexe, voll funktionsfähige Gewebe in ein Labor für die transplantation in Patienten.

Proteine sind der Schlüssel zu dieser Zukunft. In unserem Körper, protein-Signale, die Zellen sagen, wo zu gehen, wenn Sie sich zu teilen und was zu tun ist. Im Labor nutzen die Wissenschaftler die Proteine, die für den gleichen Zweck-die überführung Proteine an bestimmten stellen auf oder innerhalb der engineered Gerüste, und dann diese protein-Signale zur Steuerung Zellbewegung, Zellteilung und Differenzierung.

Aber Proteine, die in diese Einstellungen sind auch zerbrechlich. Um Sie zu erhalten, zu bleiben, um die Gerüste, die Forscher haben traditionell modifizierte Proteine mit Chemie, die töten mehr als 90 Prozent Ihrer Funktion. In einem Papier veröffentlicht 20 Mai in der Zeitschrift Nature Materials, ein team von Forschern von der Universität von Washington enthüllt eine neue Strategie, um Proteine intakt und funktionsfähig durch das modifizieren von Ihnen an einem bestimmten Punkt, so dass Sie können chemisch gebunden an das Gerüst mit Hilfe von Licht. Da die Leine kann auch geschnitten werden, durch laser-Licht, kann diese Methode erstellen, die sich entwickelnden Muster von signal-Proteinen im gesamten biomaterial, das Gerüst zu wachsen, Gewebe aus verschiedenen Arten von Zellen.

„Proteine sind die ultimative Kommunikatoren Biologischer information,“ sagte entsprechenden Autor Cole, DeForest, ein UW-Assistenzprofessor für Chemische Technik und Bioingenieurwesen, sowie ein affiliate-Ermittler bei der UW-Institut für Stammzell-& Die Regenerative Medizin. „Sie fahren nahezu alle Veränderungen in der Zelle-Funktion-Differenzierung, Bewegung, Wachstum, Tod.“

Aus diesem Grund haben die Wissenschaftler lange beschäftigt Proteine für die Kontrolle von Zellwachstum und Differenzierung in tissue engineering.

„Aber die Chemikalien, die am häufigsten von der community zu binden Proteine an Materialien, einschließlich scaffolds für das tissue engineering, zerstören die überwiegende Mehrheit der Ihre Funktion“, sagt DeForest, der auch ein Mitglied der Fakultät in der UW Molekulare & Ingenieurwissenschaften Institut. „Historisch gesehen, haben die Forscher versucht, um dies zu kompensieren, indem Sie einfach eine überlastung des Gerüstes mit Proteinen, zu wissen, dass die meisten von Ihnen inaktiv werden. Hier haben wir eine verallgemeinerbare Weise zu funktionalisieren Biomaterialien reversibel mit Proteinen, während die Erhaltung Ihrer vollen Aktivität.“

Ihr Ansatz nutzt ein Enzym sortase, die ist bei vielen Bakterien zu finden, um eine kurze synthetische Peptid an jedes signal protein an einem bestimmten Ort: der C-terminus, eine Website, die auf jeder protein. Das team entwickelt, dass Peptid, so dass er Leine, das signal-protein, an bestimmten Orten innerhalb eines mit Flüssigkeit gefüllten biomaterial Scaffolds Häufig in tissue engineering, bekannt als ein hydrogel.

Die Ausrichtung auf eine einzige Seite auf der signal-protein ist es, was die UW-team-Ansatz auseinander. Andere Methoden modifizieren signal-Proteine durch anfügen von chemischen Gruppen an zufälligen Positionen, die oft stört die protein-s-Funktion. Geändert wird nur der C-terminus des proteins ist viel weniger wahrscheinlich zu stören Ihre Funktion, nach DeForest. Das team um den geprüften Ansatz, der auf mehr als ein halbes Dutzend verschiedene Arten von Proteinen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Modifizierung des C-terminus hat keinen signifikanten Effekt auf die protein-Funktion und zur erfolgreichen Ketten der Proteine während der hydrogel.

Ihr Ansatz ist Analog zu hängen, ein Stück gerahmte Kunst an der Wand. Anstelle von hämmern, die Nägel nach dem Zufallsprinzip durch das Glas, Leinwand und Rahmen, die Sie string ein Draht auf der Rückseite jedes Bildes, um es an die Wand hängen.

Zusätzlich die Ketten geschnitten werden kann durch die Belastung durch fokussiertes Laserlicht, verursacht „photorelease“ der Proteine. Mit dieser wissenschaftlichen Lichtschwert ermöglicht es dem Forscher laden ein hydrogel mit vielen verschiedenen Arten von protein-Signale, und dann aussetzen der hydrogel-laser-Licht zu untether Proteine aus bestimmten Abschnitten der hydrogel. Durch selektives Belichten nur Teile der Materialien, um das Laserlicht, das team kontrolliert, in denen das protein Signale bleiben würde, angebunden an das hydrogel.

Lösen Proteine ist nützlich, Hydrogele, da die Zellen konnten dann diese Signale, um Sie in das Zellinnere, wo können Sie Einfluss auf Prozesse wie die gen-expression.

DeForest das team getestet die photorelease Prozess mit einem hydrogel beladen mit epidermal growth Faktor, eine Art von protein-signal. Sie führte eine Zelllinie, die in das hydrogel und beobachtet die Wachstumsfaktoren binden an die Zellmembran. Das team verwendet einen Strahl von Laserlicht zu untether die protein-Signale, die auf einer Seite eine einzelne Zelle, aber nicht auf der anderen Seite. Auf der befestigten Seite der Zelle, die Proteine blieben auf der Außenseite der Zelle, da waren Sie noch fest, um das hydrogel. Auf den untethered Seite, die das protein Signale internalisiert wurden durch die Zelle.

„Basierend auf, wie wir das Ziel der laser-Licht, können wir sicherstellen, dass die verschiedenen Zellen — oder sogar verschiedene Teile von einzelnen Zellen, — erhalten unterschiedliche umweltsignale“, sagt DeForest.

Diese einzigartige Präzision in einer einzigen Zelle hilft nicht nur mit tissue engineering, aber mit der Grundlagenforschung in der Zellbiologie, der Hinzugefügt DeForest. Die Forscher konnten diese Plattform nutzen, zu studieren, wie sich lebende Zellen reagieren auf mehrere Kombinationen von protein-Signale, zum Beispiel. Diese Linie der Forschung würde Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie protein-Signale, die zusammen arbeiten, um die Steuern die Zelldifferenzierung, heilt kranke Gewebe und fördern die menschliche Entwicklung.

„Diese Plattform ermöglicht es uns, genau zu kontrollieren, Wann und wo bioaktive protein-Signale präsentiert, die von den Zellen in Materialien“, sagt DeForest. „Das öffnet die Tür für viele spannende Anwendungen im Bereich tissue engineering und Therapeutika Forschung.“