個別化された医療修復のためのカスタマイズ可能な生体接着剤を工学的に開発する(Engineering customizable bio-adhesives for personalized medical repair)

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2023-12-06 ワシントン大学セントルイス校

◆ワシントン大学の研究者は、生体適合性と生分解性の向上を図るために、完全にタンパク質から構築された新しいヒドロゲルクラスを開発しました。これらのプログラム可能なデザインは、合成生物グルーの制限に対処し、機械的および接着特性を精密に制御することができます。
◆外科用グルーなど、内部バイオメディカルアプリケーション向けに設計されたこれらのバイオグルーは、手術の結果を最適化する可能性があります。研究はACS Applied Materials & Interfaces誌に発表されました。

<関連情報>

遺伝子組み換えタンパク質ベースのバイオ接着剤がプログラム可能な材料特性を持つ Genetically Engineered Protein-Based Bioadhesives with Programmable Material Properties

Juya Jeon, Kok Zhi Lee, Xiaolu Zhang, John Jaeger, Eugene Kim, Jingyao Li, Larisa Belaygorod, Batool Arif, Guy M. Genin, Marcus B. Foston, Mohamed A. Zayed, and Fuzhong Zhang
ACS Applied Materials & Interfaces  Published:December 1, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.3c12919

Abstract

Abstract Image

Silk-amyloid-mussel foot protein (SAM) hydrogels made from recombinant fusion proteins containing β-amyloid peptide, spider silk domain, and mussel foot protein (Mfp) are attractive bioadhesives as they display a unique combination of tunability, biocompatibility, bioabsorbability, strong cohesion, and underwater adhesion to a wide range of biological surfaces. To design tunable SAM hydrogels for tailored surgical repair applications, an understanding of the relationships between protein sequence and hydrogel properties is imperative. Here, we fabricated SAM hydrogels using fusion proteins of varying lengths of silk-amyloid repeats and Mfps to characterize their structure and properties. We found that increasing silk-amyloid repeats enhanced the hydrogel’s β-sheet content (r = 0.74), leading to higher cohesive strength and toughness. Additionally, increasing the Mfp length beyond the half-length of the full Mfp sequence (1/2 Mfp) decreased the β-sheet content (r = -0.47), but increased hydrogel surface adhesion. Among different variants, the hydrogel made of 16xKLV-2Mfp displayed a high ultimate strength of 3.0 ± 0.3 MPa, an ultimate strain of 664 ± 119%, and an attractive underwater adhesivity of 416 ± 20 kPa to porcine skin. Collectively, the sequence-structure–property relationships learned from this study will be useful to guide the design of future protein adhesives with tunable characteristics for tailored surgical applications.

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