Jin Kim Montclare, professor i kemisk och biomolekylär teknik, med anknytningar till NYU Langone Health och NYU College of Dentistry, ledde denna forskning med författaren Michael Meleties, doktorand studenten Dustin Britton, postdoktor Priya Katyal, och forskarassistent Bonnie Lin.

På grund av deras avstämbara egenskaper, hydrogeler som innehåller stimuli-känsliga polymerer är bland de mest tilltalande molekylära ställningarna eftersom deras mångsidighet möjliggör tillämpningar inom vävnadsteknik, läkemedelsleverans och andra biomedicinska områden.

Peptider och proteiner blir alltmer populära som byggstenar eftersom de kan stimuleras att självmonteras till nanostrukturer som nanopartiklar eller nanofibrer, som möjliggör gelning - bildandet av supramolekylära hydrogeler som kan fånga vatten och små molekyler. Ingenjörer, att generera sådana smarta biomaterial, utvecklar system som kan svara på en mängd stimuli inklusive värme. Även om värmekänsliga hydrogeler är bland mycket studerade och väl förstådda klassen av proteinbiomaterial, Det görs också betydande framsteg när det gäller att införliva stimuli-lyhördhet inklusive pH, ljus, jonstyrka, redox, samt tillsats av små molekyler.

NYU Tandon -forskarna, som tidigare rapporterat en responsiv hydrogel bildad med hjälp av ett spolat spoleprotein, Q, utvidgade sina studier för att identifiera gelering av Q -protein vid distinkta temperaturer och pH -förhållanden.

Med hjälp av transmissionselektronmikroskopi, reologi och strukturella analyser, de observerade att Q självmonteras och bildar fiberbaserade hydrogeler som uppvisar övre kritisk lösningstemperatur (UCST) beteende med ökade elastiska egenskaper vid pH 7,4 och pH 10. Vid pH 6, dock, Q bildar polydispersa nanopartiklar, som inte självmonteras och genomgår gelning. Den höga nettopositiva laddningen av Q vid pH 6 skapar betydande elektrostatisk avstötning, förhindrar dess gelning. Denna studie kommer potentiellt att vägleda utvecklingen av nya byggnadsställningar och funktionella biomaterial som är känsliga för biologiskt relevanta stimuli

Montclare förklarade att fasbeteendet för övre kritisk lösningstemperatur (UCST) kännetecknas av en lösning som bildar en hydrogel när den kyls under en kritisk temperatur.

"I vårat fall, det beror på den fysiska tvärbindningen/intrasslingen av fibrer som vår fiberbaserade hydrogel bildas vid kylning, " Hon sa, tillägger att när temperaturen höjs över den kritiska temperaturen, hydrogelen övergår tillbaka till lösning och de flesta fibrerna ska lossna.

"I vår studie, vi tittade på hur denna process påverkas av pH. Vi tror att den höga nettoladdningen av proteinet vid pH 6 skapar elektrostatiska avstötningar som hindrar proteinet från att samlas i fibrer och vidare till hydrogeler, medan vid högre pH där det skulle bli mindre elektrostatisk avstötning, proteinet kan samlas i fibrer som sedan kan genomgå gelning. "