Antikroppar är proteiner som fungerar som igenkänningsmolekyler för patogener, som virus och bakterier, och är arbetshästar i kroppens immunförsvar. De känner igen specifika molekyler och binder till dem mycket starkt, vilket gör dem idealiska för biomedicinska tillämpningar som diagnostik eller terapeutiska behandlingar. Tyvärr, produktionen av antikroppar är dyr, och de är inte särskilt stabila. Detta har motiverat ett växande antal kemister att utforska nya syntetiska material som kan efterlikna viktiga aspekter av antikroppsstruktur och funktion. Ändå, det är fortfarande en grundläggande utmaning att skapa kemiskt olika populationer av proteinliknande, vikta syntetiska nanostrukturer som kan skräddarsys för att specifikt binda patogener och andra molekyler.

I en nyligen publicerad studie publicerad i ACS Nano , ett team av gjuteripersonal, i nära samarbete med användare från UC San Francisco, Pacific Northwest National Laboratory, och New York University, har utvecklat en ny metod för att snabbt syntetisera och screena bibliotek av tvådimensionella peptoid nanostrukturer som kan selektivt binda målproteiner. Peptoider är bioinspirerade, sekvensdefinierade molekyler som fungerar som byggstenar för att konstruera proteinliknande strukturer.

"Vi kan nu enkelt bygga populationer av syntetiska material som kan konstrueras för att känna igen en potentiell patogen, sa Ron Zuckermann, en senior forskare vid gjuteriet som ledde studien. "Det är ett lysande exempel på biomimetisk nanovetenskap:att skapa funktionella kemiska arkitekturer från vikta, informationsrika polymerkedjor."

Zuckermann och hans kollegor designade en familj av peptoidpolymerer för att vikas till ordnade nanoark som visar en hög täthet av olika peptoidslingor på sin yta, som en molekylär version av kardborreband. Tätheten av slingor på nanoarket erbjuder flera fästpunkter till målproteiner och ökar bindningsselektiviteten och känsligheten.

En av de stora begränsningarna för att screena stora bibliotek av vikta nanostrukturer är komplexiteten i deras syntes. Forskargruppen arbetade för att automatisera nästan varje steg i syntes- och screeningprocessen - från den kemiska syntesen av loop-innehållande peptoider (loopoider), sätta ihop loopoiderna till nanoark, screening av loopoid nanosheets mot olika proteiner för bindningsaktivitet (hits), och validera träffar.

Med denna nya procedur, forskarna identifierade en peptoidstruktur som lätt och selektivt binder till mjältbrandsskyddande antigen, ett toxinrelaterat protein.

"Detta arbete var resultatet av en enorm ansträngning från ett antal institutioner och representerar en milstolpe för området, sa Zuckermann.

Optimering av syntesen, hopsättning, och screeningsprocesser ger en skalbar strategi för att generera och screena stora kemiska bibliotek av 2-D nanomaterial som kan uppvisa potent och selektiv bindning till målproteiner. Dessa egenskaper bör möjliggöra snabb upptäckt av patogenspecifika bindningsmaterial och ha en inverkan på många biomedicinska tillämpningar som avkänning, diagnostik, och terapi.