مروری بر خوداجتماعی پپتیدها و کاربردهای آن
الموضوعات :
1 - دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان
الکلمات المفتاحية: خوداجتماعی مولکولی, پپتید, پلیمر, جدایی میکروفاز, نانوساختار,
ملخص المقالة :
خوداجتماعی مولکولی (Molecular Self-assembly) گردهم‌آیی آنی مولکول‌ها یا درشت‌مولکول‌ها برای تشکیل ساختارهای اَبَرمولکولی به وسیله‌ی برهم‌کنش‌های غیرکوالانسی است. این پدیده‌ی مهم موضوع تحقیقاتی میان‌رشته‌ای است که ظرفیت‌های کاربردی فراوانی در حوزه‌های مختلف دارد. یکی از مهم‌ترین نیروهای پیشران (Driving Forces) خوداجتماعی مولکولی وجود خاصیت دومحیط‌دوستی (Amphiphilicity) در مولکول‌های سامانه است که می‌تواند سبب جدایی میکروفاز شود و نانوساختارهای پیچیده و پایداری به وجود آورد. پپتیدهای (Peptides) خوداجتماع یکی از مهم‌ترین دسته‌ها در میان انواع مولکول‌های با قابلیت خوداجتماعی هستند. در سامانه‌های حاوی این پپتیدها رفتار غنی خوداجتماعی مشاهده می‌شود که به دلیل حضور هم‌زمان برهم‌کنش‌های مختلف (مانند برهم‌کنش‌های الکترواستاتیک (Electrostatic)، آب‌گریزی (Hydrophobicity) و پیوند هیدروژنی) در سامانه متشکل از آن‌ها و تنوع پیکربندی مولکولی آن‌هاست. درک بهتر خوداجتماعی پپتیدها سبب طراحی بهتر آن‌ها برای تولید نانوساختارهای کاربردی‌تر خواهد شد. در این مقاله‌ی مروری، ابتدا خوداجتماعی پپتیدها و اهمیت مطالعه‌ی آن بیان می‌شود. سپس چند نمونه از پپتیدهایی که خوداجتماعی آن‌ها به دلایل مختلف مورد توجه دانشمندان این حوزه است، مانند پپتیدهای حلقوی، پپتیدهای دومحیط‌دوست، پپتیدهای مکمل یونی (Ionic Com ple men tary Pep tides) و چند نمونه‌ی دیگر، معرفی می‌شوند. همچنین برخی کاربردها و مزایای مهم خوداجتماعی پپتیدها، که شامل ساخت‌وساز در ابعاد نانومتری، مهندسی بافت (Tissue Engineer ing)، انتقال دارو (Drug Delivery)، استفاده به عنوان حسگرهای زیستی و مطالعه‌ی بیماری‌های صورتبندی (Con formational Disease) است، مرور می‌شوند.
1. 1. Boncheva M., Whitesides G. M., Making Things by Self-Assembly, MRS Bull., 30, 736-742, 2005.
2. Jones R. A. L., Soft Condensed Matter, Oxford University Press, Oxford, First ed., 2002.
3. Jing H., Wang Y., Desai P. R., Ramamurthi K. S., Das S., Lipid Flip-Flop and Desorption from Supported Lipid Bilayers is Independent of Curvature, PLoS ONE, 15, e0244460, 2020.
4. Rathore S. S., Liu Y., Yu H., Wan C., Lee M., Yin Q., Stowell M. H. B., Shen J., Intracellular Vesicle Fusion Requires a Membrane-Destabilizing Peptide Located at the Juxtamembrane Region of the v-SNARE, Cell Rep., 29, 4583-4592.e3, 2019.
5. Peyret A., Zhao H., Lecommandoux S., Preparation and Properties of Asymmetric Synthetic Membranes Based on Lipid and Polymer Self-Assembly, Langmuir, 34, 3376-3385, 2018.
6. McManus J. J., Charbonneau P., Zaccarelli E., Asherie N., The Physics of Protein Self-Assembly, Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 22, 73-79, 2016.
7. Gui H., Guan G., Zhang T., Guo Q., Microphase-Separated, Hierarchical Macroporous Polyurethane from a Nonaqueous Emulsion-Templated Reactive Block Copolymer, Chem. Eng. J., 365, 369-377, 2019.
8. Glagolev M. K., Glagoleva A. A., Vasilevskaya V. V., Microphase Separation in Helix-Coil Block Copolymer Melts: Computer Simulation, Soft Matter, 17, 8331-8342, 2021.
9. Tornesello A. L., Borrelli A., Buonaguro L., Buonaguro F. M., Tornesello M. L., Antimicrobial Peptides as Anticancer Agents: Functional Properties and Biological Activities, Molecules, 25, 2850, 2020.
10. Ghadiri M. R., Granja J. R., Milligan R. A., McRee D. E., Khazanovich N., Self-Assembling Organic Nanotubes Based on a Cyclic Peptide Architecture, Nature, 366, 324-327, 1993.
11. Hu K., Xiong W., Sun C., Wang C., Li J., Yin F., Jiang Y., Zhang M.-R., Li Z., Wang X., Li Z., Self-Assembly of Constrained Cyclic Peptides Controlled by Ring Size, CCS Chem., 2, 42-51, 2020.
12. Jian H., Wang M., Dong Q., Li J., Wang A., Li X., Ren P., Bai S., Dipeptide Self-Assembled Hydrogels with Tunable Mechanical Properties and Degradability for 3D Bioprinting, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 46419-46426, 2019.
13. Hartgerink J. D., Beniash E., Stupp S. I., Self-Assembly and Mineralization of Peptide-Amphiphile Nanofibers, Science, 294, 1684-1688, 2001.
14. Sun L., Zheng C., Webster T. J., Self-Assembled Peptide Nanomaterials for Biomedical Applications: Promises and Pitfalls, Int. J. Nanomedicine., 12, 73-86, 2017.
15. Vauthey S., Santoso S., Gong H., Watson N., Zhang S., Molecular Self-Assembly of Surfactant-Like Peptides to Form Nanotubes and Nanovesicles, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 5355-5360, 2002.
16. Rodrigo E., Walter M., Reza M., Castelletto V., Ruokolainen J., Connon C., Alves W., Hamley I., Self-Assembled Arginine-Capped Peptide Bolaamphiphile Nanosheets for Cell Culture and Controlled Wettability Surfaces, Biomacromolecules, 16, 3180-3190, 2015.
17. Jun S., Hong Y., Imamura H., Ha B. Y., Bechhoefer J., Chen P., Self-Assembly of the Ionic Peptide EAK16: The Effect of Charge Distributions on Self-Assembly, Biophys. J., 87, 1249-1259, 2004.
18. Wu F., Fu D., Self-Assembling Peptide as a Carrier for Hydrophobic Anticancer Drug Combretastatin A4-Characterization and In Vitro Delivery, J. Comput. Theor. Nanosci., 13, 2334-2339, 2016.
19. Emamyari S., Fazli H., All-Atom Molecular Dynamics Study of EAK16 Peptide: The Effect of pH on Single-Chain Conformation, Dimerization and Self-Assembly Behavior, Eur. Biophys. J., 43, 143-155, 2014.
20. Emamyari S., Fazli H., pH-Dependent Self-Assembly of EAK16 Peptides in the Presence of a Hydrophobic Surface: Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation, Soft Matter, 10, 4248-4257, 2014.
21. Li B., You N., Liang Y., Zhang Q., Zhang W., Chen M., Pang X., Organic Templates for Inorganic Nanocrystal Growth, Energy Environ. Mater., 2, 38-54, 2019.
22. Wang C.-C., Wei S.-C., Luo S.-C., Recent Advances and Biomedical Applications of Peptide-Integrated Conducting Polymers, ACS Appl. Bio Mater., 5, 1916-1933, 2022.
23. Reches, M., Gazit E., Casting Metal Nanowires within Discrete Self-Assembled Peptide Nanotubes, Science, 300, 625-627, 2003.
24. Gelain F., Luo Z., Zhang S., Self-Assembling Peptide EAK16 and RADA16 Nanofiber Scaffold Hydrogel, Chem. Rev., 120, 13434-13460, 2020.
25. Gelain F., Luo Z., Rioult M., Zhang S., Self-assembling Peptide Scaffolds in the Clinic, NPJ Regen. Med., 6, 9, 2021.
26. Kisiday J., Jin M., Kurz B., Hung H., Semino C., Zhang S., Grodzinsky A. J., Self-Assembling Peptide Hydrogel Fosters Chondrocyte Extracellular Matrix Production and Cell Division: Implications for Cartilage Tissue Repair, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 9996-10001, 2002.
27. Hudalla G. H., Murphy W. L. Mimicking the Extracellular Matrix: The Intersection of Matrix Biology and Biomaterials, Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 2016.
28. Keyes-Baig C., Duhamel J., Fung S., Bezaire J., Chen P., Self-Assembling Peptide as a Potential Carrier of Hydrophobic Compounds, J. Am. Chem. Soc., 126, 7522-7532, 2004.
29. Yemini M., Reches M., Rishpon J., Gazit E., Novel Electrochemical Biosensing Platform Using Self-Assembled Peptide Nanotubes, Nano Lett., 5, 183-186, 2005.
30. Tublin J. M., Adelstein J. M., Monte F. d., Combs C. K., Wold L. E., Getting to the Heart of Alzheimer Disease, Circ. Res., 124,142-149, 2019.