Rice University -kemister använde vidhäftningsförmågan hos en förening som finns i musslor och skjuvkraft för att hjälpa en nanoskala, multidomän peptid, sett på toppen, självmontera till ett fiberknippe som kan plockas upp med en pincett. Forskarna sa att fibern kan hjälpa till vid manipulering av cellkulturer, bland andra applikationer. Upphovsman:Hartgerink Research Group/Rice University
Kemister från Rice University kan tacka musslan för att de satt in muskeln i sina nya makroskaliga ställningsfibrer.
Kemisten Jeffrey Hartgerinks rislabb hade redan kommit på hur man gör biokompatibla nanofibrer av syntetiska peptider. I nytt arbete, labbet använder en aminosyra som finns i musslors klibbiga fötter för att få dessa fibrer att radas upp i starka hydrogelsträngar.
Hartgerink och Rice doktorand I-Che Li introducerade sin rumstemperaturmetod den här månaden i en tidning med öppen tillgång i Journal of the American Chemical Society .
Hydrogelsträngarna kan plockas upp och flyttas med pincett, och Li sa att han förväntar sig att de kommer att hjälpa laboratorier att få bättre kontroll över tillväxten av cellkulturer.
"Vanligtvis när celler växer på en yta, de sprider sig slumpmässigt, " sade han. "Det finns många biomaterial som vi vill odla i en specifik riktning. Med hydrogelställningen inriktad, vi kan förvänta oss att celler ska växa som vi vill att de ska. Ett exempel skulle vara neuronceller, som vi vill odla head-to-tail för att hjälpa nervregenerering.
"I grund och botten, detta kan tillåta oss att styra celltillväxt härifrån till dit, " sa han. "Det är därför det här materialet är så spännande."
Peptidnanofibrer skapade vid Rice University radas upp och bildar buntar i en ny process som använder en aminosyra som finns i musslornas fötter för att hjälpa strängarna att hålla ihop och hålla formen när de utsätts för luft. Kredit:Hartgerink Research Group/Rice University
I tidigare forskning hade Hartgerinks labb utvecklat syntetiska hydrogeler som kunde injiceras i kroppen för att fungera som ställningar för vävnadstillväxt. Hydrogelerna innehöll hydrofoba peptider som självmonterades till fibrer cirka 6 nanometer breda och upp till flera mikron långa. Dock, eftersom fibrerna inte interagerade med varandra, de uppträdde i allmänhet i mikroskopbilder som en trasslig massa.
Experiment visade att fibrerna kunde bringas i linje med appliceringen av skjuvkrafter, på samma sätt som spelkort är inriktade under blandning genom att trycka på både toppen och botten av kortlek.
Hartgerink och Li bestämde sig för att försöka trycka fibrerna genom en nål för att tvinga dem att passa in, en process som skulle vara lättare om materialet var vattenlösligt. Så de lade till en kedja av aminosyror som kallas DOPA på sidorna av fibrerna för att låta dem förbli vattenlösliga i sprutan, sa Li.
DOPA – förkortning för 3, 4-dihydroxifenylalanin - är föreningen som låter musslor hålla sig till nästan vad som helst. Hartgerink och Li fann att kombinationen av DOPA och skjuvspänning från att passera genom nålen fick fibrerna att bildas synliga, repliknande buntar.
De fann också att DOPA främjade kemiska tvärbindningsreaktioner som hjälpte buntarna att hålla sin form. "DOPA är verkligen känsligt för oxidationsmedel, "Sa Li." Även om DOPA utsätts för luft oxiderar det, och det hjälper till att tvärbinda fibrerna."
Nanoskala flerdomänpeptidfibrer som uppmanas att självmontera till makroskaliga fibrer är tuffa nog att hanteras med pincett. Rice University -kemister som skapade fibrerna sa att de kommer att förbättra manipulationen av cellkulturer. Kredit:Hartgerink Research Group/Rice University
Som en bonus, de inriktade fibrerna visade sig också ha en märklig och användbar optisk egenskap som kallas "uniform dubbelbrytning, " eller dubbelbrytning. Li sa att detta kan tillåta forskare att använda polariserat ljus för att se exakt var de inriktade fibrerna är, även om de är täckta av celler.
"Detta kommer att vara en viktig teknik för oss för att säkerställa den långväga ordningen för fiberinriktning när vi testar riktad celltillväxt, " han sa.
Forskarna förväntar sig att de inriktade fibrerna kan användas för medicinska makroskala applikationer men med nanoskala kontroll över strukturerna.
"Självmontering är i grunden en molekyls förmåga att skapa ordnad struktur från kaos, och vad I-Che har gjort är att driva den här organisationen till en ny nivå med sina inriktade strängar, sade Hartgerink, en professor i kemi och i bioteknik. "Med detta material, Vi är glada över att se om vi kan tvinga denna organisation på tillväxten av celler som interagerar med den. "
