西北大学
信用:CC0公共领域
那些试图从木头到岩石的任何东西上撬开贻贝的人都知道这种水下软体动物有多顽固——它们胶粘的秘密一直吸引着科学家
多年来，研究人员一直试图在实验室复制这种非凡的粘合剂及其特性，目标是贻贝分泌的八种蛋白质中的一些，这些蛋白质用于覆盖贻贝用来附着在表面上的一种器官，称为脚
现在，西北大学的研究人员使用一种新的方法来排列分子，创造了一种比他们试图模仿的胶水性能更好的材料
他们的发现将于3月3日发表在《美国化学学会杂志》上，详细阐述了这些类似蛋白质的聚合物如何被用作创造新材料和治疗方法的平台
西北大学的内森·詹尼斯奇说:“这种聚合物可以在生物医学领域用作粘合剂，这意味着现在你可以把它粘在身体的特定组织上。”
并将附近的其他分子保持在一个位置，这将有助于伤口愈合或修复
" 詹尼斯奇领导了这项研究，他是西北大学温伯格艺术与科学学院的雅各布和罗莎琳·科恩化学教授
像贻贝足分泌的蛋白质存在于自然界
进化已经形成了一种习惯，创造这些长的、线性的氨基酸链，一遍又一遍地重复(称为串联重复蛋白，或TRPs)
这种蛋白质框架有时看起来有弹性、结实且有粘性，出现在昆虫的翅膀和腿、蜘蛛丝和贻贝的脚上
科学家们知道构成许多这种蛋白质的氨基酸的确切一级序列，但在复制复杂的自然过程同时仍然保持非凡的品质方面存在困难
这篇论文的第一作者伯杰是吉安内斯基实验室的博士后研究员，他研究肽——这些氨基酸链——产生了一个想法，如何以不同的方式排列氨基酸构建模块来复制属性，而不是直接复制贻贝蛋白质的结构
伯杰认为，通过提取其中一种蛋白质(十肽重复序列，构成贻贝足蛋白的10个氨基酸序列)的构建模块，并将其插入合成聚合物，其性能可能会得到增强
作为国际纳米技术研究所的副主任，Gianneschi已经围绕着通过使用聚合物化学来模仿蛋白质功能的想法建立了他的实验室
在精确治疗中，抗体和其他小分子等药物疗法可以对抗一些疾病，其中纳米载体用于更有效地将药物输送到目标
但是Gianneschi说，复制蛋白质可以以不同的方式解决生物学问题，通过改变参与疾病发展的细胞内部和细胞之间的相互作用，或者细胞、组织和材料之间的相互作用
“蛋白质将氨基酸排列成链，但我们取而代之，将它们平行排列在密集的合成聚合物主链上，”吉安内斯基说
“这与我们已经开始做的控制特定生物相互作用的事情是一样的，所以我们将用于未来治疗的相同平台技术在材料科学中真的变得非常有趣
" 结果是看起来像肽刷一样的东西，而不是像链一样以直线方式将氨基酸连接在一起
虽然这种新方法看起来像是增加了一个额外的步骤，但形成类蛋白聚合物(PLPs)跳过了几个步骤，需要研究人员在一个容易获得的合成器中形成肽，并将它们插入到紧密包装的主链中，而不是经历冗长的蛋白质表达步骤
为了测试新材料的功效，研究人员将聚合物材料或天然贻贝蛋白应用到玻璃板上
研究人员将细胞放在平板上，然后清洗后，评估有多少细胞存在，无论是附着的还是不附着的，以衡量材料的表现如何
他们发现PLP形成了细胞强力胶，与天然混合物和未处理的平板相比，留下了大多数附着的细胞
“我们实际上并没有打算改善贻贝的特性，”伯杰说
“我们只是想模仿它，但是当我们在几个不同的试验中测试它时，我们实际上在这些设置中获得了比天然材料更好的特性
" 该团队希望该模型可以广泛应用于其他蛋白质，这些蛋白质重复其序列，以一种复制蛋白质的新方式获得功能
他们假设这样的平台会比本地平台表现得更好，因为它们更密集、更可扩展
Gianneschi说，这是许多讨论基于聚合物的蛋白质模拟的论文中的第一篇，他已经在考虑未来材料的应用
例如，Resilin是一种在昆虫腿和翅膀中发现的有弹性的蛋白质，可以用来制造灵活的无人机和其他机器人
“当你谈到聚合物时，一些人会立即想到塑料袋和瓶子，”吉安内斯基说
“相反，这些是非常实用的、先进的精密材料，很容易获得
" Gianneschi和Berger是该领域未决知识产权的发明者
詹尼斯奇还是麦考密克工程学院的生物医学工程和材料科学与工程教授，也是生命过程化学研究所、辛普森·克雷研究所和罗伯特·H
西北大学卢瑞综合癌症中心
他是Grove Biopharma公司的联合创始人，该公司寻求开发这些材料的版本作为转化疗法
这项研究名为“贻贝粘合剂启发的模拟蛋白质聚合物”
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