Hydrogels, känd för sina biomimetiska egenskaper, är de ledande materialen för biomedicinska tillämpningar, såsom läkemedelsleverans och stamcellsterapi. Traditionella hydrogeler som består av antingen syntetiska polymerer eller naturliga biomolekyler fungerar ofta som passiva ställningar för molekylära eller cellulära arter, som gör att dessa material inte helt kan återskapa den dynamiska signalen som är involverad i biologiska processer, såsom cell/vävnadsutveckling.

Fotoresponsiva hydrogeler är av särskilt intresse för materialvetare, eftersom ljuset betraktas som ett idealiskt verktyg för att kontrollera molekyler eller cellbeteende med hög spatiotemporal precision och liten invasivitet. Den stora utmaningen för forskare är hur man effektivt kan sätta ihop dessa komplexa globulära proteiner till supramolekylära arkitekturer samtidigt som deras funktion bevaras.

I en ny forskning, en grupp forskare från Hong Kong University of Science and Technology skapade en B12-beroende ljuskännande hydrogel genom att kovalent sy ihop fotoreceptorn C-terminala adenosylkobalaminbindande domän (CarHC) proteiner under milda förhållanden. Denna direkta samling av stimuli-mottagliga proteiner till hydrogeler representerar en mångsidig lösning för att designa "smarta" material och öppnar enorma möjligheter för framtida materialbiologi.

Resultaten publicerades i tidskriften PNAS den 6 juni, 2017.

"I vår forskning, vi kunde skapa en helt rekombinant proteinbaserad ljuskänslig hydrogel genom att kovalent montera CarHC fotoreceptorproteinerna med hjälp av genetiskt kodad SpyTag-SpyCatcher-kemi, "sa Fei Sun, författare till tidningen och biträdande professor vid HKUST:s institution för kemisk och biomolekylär teknik. "Den AdoB12-beroende CarHC-tetrameriseringen har visat sig vara avgörande för bildandet av en elastisk hydrogel i mörkret, som kan genomgå en snabb gel-sol-övergång orsakad av ljusinducerad CarHC-demontering. "

"Den resulterande hydrogel som består av fysiskt självmonterade CarHC-polymerer uppvisade en snabb gel-sol-övergång vid ljusexponering, vilket möjliggjorde lätt frisättning/återhämtning av 3T3-fibroblaster och humana mesenkymala stamceller (hMSC) från 3D-kulturer samtidigt som deras livskraft bibehölls. "Sun tillade." Med tanke på den ökande efterfrågan på att skapa stimuli-responsiva "smarta" hydrogeler, den direkta sammansättningen av stimuli-responsiva proteiner i hydrogeler representerar en mångsidig strategi för att designa dynamiskt avstämbara material. "