華盛頓大學(UW)的科學家表示，他們開發(fā)了一種新方法，通過在特定點對其進行修飾來保持蛋白質的完整性和功能性，從而可以使用光線將它們化學連接到工程支架上。根據(jù)發(fā)表研究報告的團隊所說，由于系繩也可以通過激光切割，因此該技術可以在整個生物材料支架中創(chuàng)建信號蛋白的進化模式，以生長由不同類型細胞組成的組織(“ Bioactive site-specific modified蛋白質凝膠生物材料的圖案化4D中“)自然材料。

“蛋白質修飾的生物材料可用于調節(jié)三維細胞功能。然而，隨著對復雜細胞生理學的動態(tài)異質控制的繼續(xù)尋求，允許可逆和用戶定義的脆弱蛋白質與材料的束縛的策略仍然非常需要。在這里，我們介紹了一種模塊化和強大的半合成方法，可以對具有位點特異性修飾蛋白的細胞負載水凝膠進行可逆模式化。利用多功能分選酶介導的轉肽，我們生成了一個多樣化的單一功能化蛋白質文庫，其中含有生物材料修飾的生物正交反應性手柄，“研究者寫道。

“我們證明熒光蛋白，酶和生長因子的光可逆光固定化具有優(yōu)異的時空分辨率，同時保留了天然蛋白質的生物活性。局部表皮生長因子呈現(xiàn)能夠動態(tài)調節(jié)增殖，細胞內絲裂原活化蛋白激酶信號傳導和亞細胞解決的受體內吞作用。我們的方法廣泛允許修飾和模式化各種蛋白質，這為探索和指導四維高級細胞命運提供了新的途徑。“

“蛋白質是生物信息的最終傳播者，”相應的作者Cole DeForest博士說，他是化學工程和生物工程的華盛頓大學助理教授，也是華盛頓大學干細胞和再生醫(yī)學研究所的附屬研究員。“他們幾乎驅動細胞功能的所有變化 - 分化，運動，成長和死亡。”

出于這個原因，科學家長期以來一直使用蛋白質來控制組織工程中的細胞生長和分化。

但是社區(qū)最常用的將蛋白質與材料結合的化學物質，包括用于組織工程的支架，破壞了它們絕大多數(shù)的功能，”DeForest說，他也是威斯康星大學分子與工程科學研究所的教員。“從歷史上看，研究人員試圖通過簡單地用蛋白質過載支架來彌補這一點，因為他們知道大多數(shù)蛋白質都是不活躍的。在這里，我們提出了一種通用的方法，用蛋白質可逆地功能化生物材料，同時保持其全部活性。“

他們的方法使用在許多細菌中發(fā)現(xiàn)的酶分選酶，在特定位置為每個信號蛋白添加短合成肽：C-末端，每個蛋白質上存在的位點。該團隊設計了這種肽，使其能夠將信號蛋白連接到組織工程中常見的充滿液體的生物材料支架中的特定位置，稱為水凝膠。

針對信號蛋白的單個位點是團隊認為的關鍵成就。其他方法通過將化學基團連接到隨機位置來修飾信號蛋白，這通常會破壞蛋白質的功能。根據(jù)DeForest的說法，僅修改蛋白質的C末端就不太可能破壞其功能。該團隊對六種以上不同類型的蛋白質進行了測試。結果表明，修飾C-末端對蛋白質功能沒有顯著影響，并成功地將蛋白質束縛在整個水凝膠中。

他們的方法類似于將一塊框架藝術掛在墻上。它們不是通過玻璃，帆布和框架隨意敲擊釘子，而是在每個框架的背面串起一根鋼絲，將其掛在墻上。

另外，可以通過暴露于聚焦激光來切割系繩，從而引起蛋白質的“光致釋放”。這使得研究人員可以加載具有許多不同類型蛋白質信號的水凝膠，然后將水凝膠暴露在激光下，以從水凝膠的某些部分中去除蛋白質。通過選擇性地僅將部分材料暴露于激光，該團隊控制蛋白質信號將保持與水凝膠束縛的位置。

去蛋白質在水凝膠中是有用的，因為細胞可以接收這些信號，將它們帶入細胞內部，在那里它們可以影響基因表達等過程。

DeForest的團隊使用含有表皮生長因子(一種蛋白質信號)的水凝膠測試了光致分離過程。他們將人細胞系引入??水凝膠中，并觀察到與細胞膜結合的生長因子。該團隊使用一束激光來消除單個細胞一側的蛋白質信號，而不是另一側的蛋白質信號。在細胞的束縛側，蛋白質停留在細胞外，因為它們仍然粘附在水凝膠上。在不受束縛的一側，蛋白質信號被細胞內化。

基于我們如何定位激光，我們可以確保不同的細胞 - 甚至單個細胞的不同部分 - 正在接收不同的環(huán)境信號，”DeForest說。

DeForest補充說，單細胞內這種獨特的精確度不僅有助于組織工程，還有細胞生物學的基礎研究。例如，研究人員可以利用這個平臺研究活細胞如何響應多種蛋白質信號組合。這一系列研究將幫助科學家了解蛋白質信號如何協(xié)同工作以控制細胞分化，治愈病變組織和促進人類發(fā)育。

“這個平臺使我們能夠精確控制生物活性蛋白信號何時何地呈現(xiàn)給材料中的細胞，”DeForest說。“這為組織工程和治療研究中的許多激動人心的應用打開了大門。”