مهندسي مواد هوشمند پروتئيني براي ايجاد خصوصيات نانومک
روتئينهاي الاستومريک بدون اينکه بشکنند، بهخوبي در مقابل تغيير شکل مقاومند؛ لذا به بسياري از بافتهاي زيستي و زيستمادهها خصوصيات مکانيکي بسيار خوبي ميدهند. متناسب با نقشي که بافت يا زيستماده ايفا ميکند، پروتئينهاي الاستومريک ميتوانند مانند فنر يا مانند لرزهگير عمل کنند. اخيراً دانشمندان کانادايي موفق به طراحي نخستين پروتئينهاي الاستومريک مصنوعي شدهاند. اين ماده ميتواند هم رفتار فنر و هم رفتار لرزهگير را تقليد کند كه تنظيم اين دو رفتار را يک ناظم مولکولي انجام ميدهد.
دکتر لي، سرپرست گروه، ميگويد:«ما دريافتيم که ميتوان پايداري مکانيکي پروتئين کوچک GB1 را با اتصال به يک قطعه از آنتيبادي تنظيم كرد. اين مسئله به ما اجازه ميدهد تا از روشهاي مهندسي پروتئين براي تبديل GB1 به پروتئينهاي الاستومريک استفاده کنيم، همچنين گروه ما قبلاً نشان داده که برهمکنش پروتئين- پروتئين ميتواند در پايداري مکانيکي پروتئين مؤثر باشد."
پروتئينهاي الاستيک اجزاي ساختاري و کاربردي مهمي در سلولهاي زنده هستند. اينها فنرهاي مولکولي بافتهايي هستند که منجر به برقراري اتصالات الاستيک شده، به بافت قدرت مکانيکي، الاستيکي و گسترشپذيري ميدهند؛ اما اين پروتئينها نهتنها در فرايندهاي زيستي، بلکه در ساخت مواد هوشمند و دستگاههاي مکانيکي در بعد نانو هم مهم هستند.
اين گروه نشان دادند که اتصال تکههايي از IgG به پروتئين GB1، ميتواند پايداري مکانيکي GB1 را بهخوبي افزايش دهد.
دکتر لي ميگويد:«هم برهمکنش پروتئين- پروتئين و هم پايداري مکانيکي پروتئينها در تعيين خصوصيات پروتئينها مهم است. ما نشان دادهايم مهندسي دوبارة محلي از پروتئين ـ که مسئول پايداري پروتئين است ـ اثر کمي روي برهمکنش با ساير پروتئينها دارد. پس ميتوان با تنظيم برهمکنش پروتئين- پروتئين هر دو خصوصيت مکانيکي را در آن پروتئين ظاهر کرد».
در اين پژوهش از روش پرولين جهشزا براي ايجاد پروتئين جهشيافته(GV54P) استفاده شد. در اين پروتئين قسمت فعال مکانيکي جدا شد، ولي قسمتي که تمايل به اتصال به hFc در IgG(آنتيبادي) دارد، باقي ماندهاست.
دکتر لي ميگويد:«نتايج ما نشان ميدهد که GV54P متناسب با حضور يا عدم حضور hFc، دو رفتار مکانيکي متفاوت را بروز ميدهد. در نبود hFc، GV54P مانند فنر عمل ميکند؛ اما با اتصال hFc، GV54P پايداري مکانيکي خوبي نشان داده، کشيده ميشود».
او پيشنهاد داد که ميتواند هيدروژلهاي هوشمندي را طراحي كند که از اين پروتئينهاي الاستومريک به وجود آمدهاند تا با چسبيدن به ناظم، خصوصيات فيزيکي و مکانيکي خود را تغيير دهند.
دکتر لي ميگويد:«همينك مشکل ما وزن مولکولي بالاي ناظم(قسمتي از IgG) است. وزن مولکولي بالا اجازة استفاده از غلظتهاي مؤثر بالا براي تنظيم خصوصيات مکانيکي را ندارد. ما در حال تحقيق روي مولکولهاي ناظم کوچک؛ از قبيل يونهاي فلزي هستيم»