Гидрогели - это полимерные материалы, способные поглощать большое количество воды, что делает их гибкими, как человеческие ткани. Они используются в ряде медицинских приложений, включая контактные линзы, перевязочные материалы для ран и реконструкцию лица.
Гидрогели также можно использовать для доставки лекарств, например, в качестве покрытий для лекарств. Однако по-прежнему остаются вопросы об эффективности доставки лекарств, поскольку неясно, как белки в вашем организме взаимодействуют с гидрогелями.
«Если вы поместите гидрогель в свое тело, в вашем теле будут белки, которые затем могут взаимодействовать с этим материалом», - сказала Лидия Кисли, междисциплинарный постдокторант Бекман-Браун. «В идеале вы хотите, чтобы белки сохраняли свою функцию и структуру, чтобы не было никаких побочных эффектов».
Кизли, химик, и другие исследователи из Института передовых наук и технологий Бекмана в Университете Иллинойса недавно использовали визуализацию быстрой релаксации (FReI) для исследования стабильности укладки и динамики белков в полиакриламидных гидрогелях. Их результаты опубликованы в статье «Direct Imaging of Protein Stability and Folding Kinetics in Hydrogels» в ACS Applied Materials and Interfaces.
«Мы пытаемся понять, как белки ведут себя в этих материальных средах», - сказал Кисли. «Для этого существует не так много инструментов. Эта статья была первой демонстрацией новой техники визуализации для понимания белков в материале».
Эта группа использовала флуоресцентный микроскоп в лаборатории Мартина Гребеле, профессора химии и члена группы Бекмана по наноэлектронике и наноматериалам. FReI обнаруживает разворачивание белка in situ, визуализируя изменения в переносе энергии резонанса флуоресценции (FRET) после возмущений температурного скачка.
Уникальная вещь, которую мы добавили сюда с помощью микроскопа, - это изменение температуры. Используя это очень быстрое изменение температуры, мы можем сказать, как белок реагирует на температуру и насколько он стабилен. И как ограничение и химия гидрогеля также изменяет стабильность белка», - сказал Кисли.
Функция белка зависит от того, как он сложен, объяснил Кисли. Чтобы понять, как функционируют белки, входящие в состав некоторых лекарств, крайне важно понять, как они сворачиваются.
Группа определила, что гидрогель повышает стабильность белка, ускоряет релаксацию фолдинга и способствует необратимому связыванию на границе раствор-гель.
Хотя эти материалы очень совместимы, так как они имеют высокое содержание воды, мы обнаружили, что при низких температурах, когда белок развернут, это нормально, но как только белок начнет немного разворачиваться, он начнет прилипать к материал, и может на самом деле способствовать агрегации и прилипанию к нему большего количества белков, поэтому это предполагает, что белок немного дестабилизирован», - сказал Кисли.
"Это была более сложная система, чем мы ожидали. Я думал, что она будет простой, но это довольно распространено в науке, где все оказывается сложнее, чем вы ожидаете."
Стипендия Кисли в Институте Бекмана позволила ей связать свои докторские исследования в области диффузии и адсорбции белков в гидрогелях с укладкой белков в гидрогелях и дополнительными образцами поверхности и полимерных щеток.
Она планирует исследовать, происходит ли поведение, которое мы наблюдаем в большом 3D-геле, на меньшей поверхности в наноразмерной среде.