稳定无序蛋白如何导致下一代医学应用

杜克大学的生物医学工程师已经证明，他们可以通过改变引起它们进行相变的环境触发因素，从工程化的无序蛋白中产生稳定的材料。

这项发现揭示了以前未经探索的蛋白质紊乱行为，使研究人员能够创造出新颖的材料，用于药物输送，组织工程，再生医学和生物技术。

蛋白质通过折叠成与不同生物分子结构相互作用的3-D形状而起作用。研究人员以前认为蛋白质需要折叠成特定的固定形状才能发挥功能，但是在过去的二十年中，寻求创建用于生物医学应用的新型材料的工程师将注意力转向了被称为IDP的内在失调的蛋白质，这种蛋白质会在多种蛋白质之间动态变化。各种各样的结构。

IDP对于生物医学目的特别有用，因为它们可以响应环境触发(例如温度变化)而经历相变(例如从液体变为凝胶，或从可溶状态变为不溶状态，然后再返回)。这种能力使IDP成为长期药物输送的首选工具，因为IDP可以以液体形式注入体内，然后凝固成凝胶仓，从而缓慢释放药物。

但是，尽管其灵活的结构使IDP可以在各种应用中使用，但研究人员以前认为，这种灵活性限制了所得材料的稳定性。

在他们最近的论文中，杜克大学生物医学工程系主任Ashutosh Chilkoti和博士学位的Felipe Garcia Quiroz 洛克菲勒大学的博士后研究员Chilkoti实验室的毕业生证明，通过控制IDP响应环境线索的结合和分离速度，可以精确地调节基于IDP的材料的稳定性。

Quiroz说：“与折叠得很好的蛋白质不同，传统的IDP很难将其结构的不同部分相互屏蔽。” “因此，随着国内流离失所者在解决方案中变得越来越丰富，它们开始频繁发生碰撞和冲突，其中一些暴露在外的结构会微弱地粘在一起并迅速破裂。”

如果缔合和解离的速率相等，则IDP处于平衡状态，并且不会发生任何行为更改。但是，如果环境中的某些变化(例如温度)发生变化，则IDP的各个段会粘在一起更长的时间，并且它们以较少的频率破裂，从而导致从可溶状态到不可溶状态的相变，可以利用它们建造材料。

然而，在消除环境刺激后，传统的IDP会恢复到非常弱的关联性，并且先前组装的材料会散落。

Chilkoti和Quiroz在他们的新工作中使用新设计的IDP在不同的温度下改变相来创建材料，并证明了在相分离后，这些IDP被淘汰了它们通常的平衡行为。这触发了一个称为磁滞的过程，即使消除了初始相变的环境触发因素，IDP也会粘在一起。

“我们的新研究令人兴奋的是，我们已经证明我们可以利用迟滞程度来鉴定出这些蛋白质将容易结合在一起的设计，一旦这些结合出现，就很难打破它们。”说过。“ IDP通常被认为是弱粘性的，但是我们现在表明，可以设计超级粘性的IDP，这将成为非常稳定的构建基块。”

Quiroz说：“超级粘性只有在应用环境触发后才会出现，因此它们的行为就像常规的国内流离失所者一样，我们在使用它们时不必担心它们的粘性。” “从材料的角度来看，我们最喜欢的许多材料都是易于制备的材料，但可以迅速成熟到高度稳定且难以破坏的状态。水泥就是一个很好的例子。”

Quiroz表示，通过证明他们可以用IDP制成高度稳定的材料，他们可以在与IDP早期合作的基础上，例如再生医学。例如，IDP可以以液体形式流入伤口腔中，采用其形状，然后进入凝胶中以提供结构支持并募集关键细胞进行组织修复。

因为当前基于IDP的材料缺乏稳定性，所以它们的作用相当短，因为它们侵蚀得很快，但是这种新方法可以使IDP成为伤口愈合新材料的良好来源。

Quiroz说：“国内流离失所者具有一系列已知特征，我们一直在这一特征范围内进行研究，以探索过去二十年中潜在的生物医学应用。” “但是现在我们基本上有了新的工具，可以使我们更具创造力。我们的发现增加了我们在基于IDP的材料中所能做的事情的复杂性，这种材料在材料科学和生物学领域的应用令人兴奋。”