生長大蛋白質晶體的能力是限制中子蛋白質晶體學在結構生物學中使用的最大瓶頸。蛋白質晶體的體積必須至少為0.1mm 3。從理論上講，沒有特別的理由說明為什么這種尺寸的晶體不能生長。如果可以的話，中子蛋白質晶體學可以提供關于氫原子位置的關鍵信息，這些信息與水合氫鍵和配體相互作用有關。這類信息與生命科學中的學術和藥理學驅動的研究直接相關。

因此，挑戰(zhàn)在于以可重復，省時，省力的方式實現大晶體生長。如果將來中子晶體學家能夠在適當的預表征工作之后將其解決方案提交到自動化或半自動化平臺，以便以高度系統(tǒng)的方式探索大范圍的條件并允許其中，這將是理想的。用戶通過遠程計算機監(jiān)控增長。

位于法國格勒諾布爾的Laue-Langevin(ILL)研究所的Ashley Jordan一直在研究兩種新的晶體生長方法：開發(fā)一個可以在未來實現更大規(guī)模自動化方法的模塊(任務1)，以及流動結晶系統(tǒng)(任務2)。

任務1：用于自動化大晶體生長探索的模塊

該SINE2020項目專注于開發(fā)溫度可控的多井模塊，可以優(yōu)化晶體生長。設計該模塊的想法是擴大該方法，以便多個結晶井具有單獨(可編程)溫度控制可用于探索廣泛的生長條件。制作原型模塊，其由包含6×4個孔的定制板設計組成，其中可以進行單獨的結晶實驗。每個井可以適應不同的條件，每個都具有獨立的溫度控制。使用具有溫度反饋系統(tǒng)的Peltier加熱元件加熱孔，該系統(tǒng)允許每個孔在4℃至60℃的溫度范圍內加熱和冷卻，精度為0.1度。該設置旨在允許監(jiān)測和記錄照相的晶體生長。

Ashley Jordan，Ryo Mizuta和John Allibon(開發(fā)軟件)已經構建并測試了原型系統(tǒng)。使用胰蛋白酶和紅素氧還原進行結晶試驗。

在SINE2020之后，我們的想法是讓這些模塊“即插即用”，以便可以使用更加擴展的“機器人”方法。用戶在完成時可以移除Crystallogenesis運行，并且使用另一個模塊安裝其他運行 - 該模塊將是更大陣列的工作單元 - 所有這些都是攝像機可視化并向用戶門戶提供延時信息。

任務2：流動結晶

追求大晶體生長的另一種方法是流動結晶系統(tǒng)的想法。該想法是通過向結晶環(huán)境提供恒定的新鮮蛋白質原料供應，在其生長期間始終保持晶體周圍的穩(wěn)態(tài)批量條件。這將始終保持最佳的溶液條件，并有助于最大限度地減少雜質在晶體表面積聚 - 這些雜質可能會阻礙晶體生長。

選擇Dolomite Mitos P-Pump來??維持調節(jié)系統(tǒng)所需的極低流速(70-1500 nl min-1)。可以使用3-D打印機設計和制造可以連接到泵的合適的結晶室。這個室形成了一個密封的環(huán)境，一旦生長，就可以隨時取用晶體。來自不列顛哥倫比亞大學和麥克馬斯特大學的研究人員開發(fā)出了可能成為未來骨植入物的材料：一種通風，泡沫狀物質，可以注入體內并為新骨骼的生長提供支架。

它是通過處理來自植物纖維素的納米晶體制成的，以便它們連接起來形成堅固但輕質的海綿 - 從技術上講，氣凝膠 - 可根據需要壓縮或膨脹以完全填充骨腔。

“大多數骨移植或植入物都是由堅硬的脆性陶瓷制成，并不總是符合孔的形狀，這些間隙會導致骨骼生長不良和植入失敗，”研究作者Daniel Osorio博士說。 .D。麥克馬斯特化學工程專業(yè)的學生。“我們創(chuàng)造了這種纖維素納米晶體氣凝膠作為這些合成材料的更有效替代品。”

對于他們的研究，該團隊與兩組大鼠一起工作，第一組接受氣凝膠植入，第二組接受沒有。結果顯示，與對照組相比，植入組在三周內骨骼生長增加33%，12周時骨骼增長50%。

“這些研究結果首次表明，纖維素納米晶體氣凝膠可以支持新的骨骼生長，”研究報告的共同作者，木材科學與化學和生物工程教授Emily Cranston說道，他擔任總統(tǒng)卓越主席在UBC的森林生物產品。她補充說，當骨骼開始愈合時，植入物應分解成體內的無毒成分。

該研究的共同作者凱瑟琳·格蘭菲爾德(Kathryn Grandfield)是麥克馬斯特的材料科學與工程和生物醫(yī)學工程教授，負責監(jiān)督這項工作，該創(chuàng)新可能會填補北美20億美元骨骸市場的空白。

研究報告的共同作者，UBC的木材科學與化學與生物工程教授Emily Cranston來自：UBC的Clare Kiernan

“我們可以看到這種氣凝膠被用于許多應用，包括牙科植入物和脊柱和關節(jié)置換手術，”Grandfield說。“它將是經濟的，因為原料納米纖維素已經以商業(yè)數量生產。”

研究人員表示，氣凝膠從實驗室進入手術室需要一段時間。

“今年夏天，我們將研究導致骨骼生長的骨骼和植入物之間的機制，”Grandfield說。“我們還將研究植入物如何使用先進的顯微鏡降解。之后，在準備進行臨床試驗之前，還需要進行更多的生物學檢測。”

“交聯(lián)纖維素納米晶氣凝膠作為活骨組織支架”于上周在Acta Biomaterialia上發(fā)表。