Современная медицина все больше полагается на имплантируемые биомедицинские устройства, но их эффективность часто ограничена из-за неудачной интеграции с тканями хозяина или развития неизлечимых инфекций, что требует замены устройства посредством ревизионной хирургии.Команда Лаборатории прикладной физики плазмы и инженерии поверхности разработала практические методы для направления и прикрепления пептидов к поверхностям; Компьютерное моделирование и эксперименты продемонстрировали контроль как ориентации пептидов, так и поверхностной концентрации, что может быть достигнуто путем приложения электрического поля, подобного тому, которое создается небольшой батареей домашнего размера.Результаты опубликованы сегодня в Nature Communications.Автор-корреспондент профессор прикладной физики и инженерии поверхностей Марсела Билек сказала, что покрытия из биоматериала могут маскировать имплантированные устройства и имитировать окружающие ткани.
«Святой Грааль — это поверхность, которая беспрепятственно и естественным образом взаимодействует с тканями хозяина посредством биомолекулярной передачи сигналов», — сказал профессор Билек, член Нано-института Сиднейского университета и Центра Чарльза Перкинса.Для этого требуется прочное прикрепление биологических молекул к поверхности биоустройства, что обеспечивается уникальными процессами модификации поверхности, разработанными профессором Билеком.«Несмотря на то, что белки успешно используются во многих сферах применения, они не всегда выдерживают жесткую стерилизацию и создают риск передачи патогенов из-за их производства в микроорганизмах», — сказал профессор Билек.Профессор Билек — вместе с доктором Бехнамом Ахаваном из Школы аэрокосмической, механической и мехатронной инженерии и Школы физики и ведущим автором, кандидатом наук Льюисом Мартином из Физической школы — исследуют использование коротких белковых сегментов, называемых пептидами, которые при стратегической разработке может повторять функцию белка.
Г-н Мартин сказал, что команда смогла настроить ориентацию чрезвычайно маленьких биомолекул (размером менее 10 нанометров) на поверхности. «Мы использовали специализированное оборудование для проведения экспериментов, но электрические поля могли быть применены кем угодно, использующим комплект домашней электроники», — сказал он.Д-р Ахаван сказал, что при условии поддержки со стороны отрасли и финансирования клинических испытаний улучшенные имплантаты могут быть доступны пациентам в течение пяти лет.«Применение нашего подхода варьируется от костных имплантатов до сердечно-сосудистых стентов и искусственных кровеносных сосудов», — сказал д-р Ахаван.«Например, для устройств, имплантируемых в кости, такие современные биосовместимые поверхности принесут прямую пользу пациентам, страдающим переломами костей, остеопорозом и раком костей».
Из-за своего небольшого размера пептиды могут быть получены синтетическим путем, и они устойчивы во время стерилизации. Основная трудность при использовании пептидов заключается в том, чтобы обеспечить их присоединение с соответствующей плотностью и ориентацией, которая эффективно обнажает их активные центры.Используя прикладные электрические поля и буферную химию, исследователи обнаружили несколько новых рычагов, контролирующих прикрепление пептидов.
Разделение зарядов на пептидах создает постоянные дипольные моменты, которые могут быть выровнены с электрическим полем для обеспечения оптимальной ориентации молекул, а количество иммобилизованного пептида также может регулироваться электростатическими взаимодействиями, когда пептиды имеют общий заряд.В документе говорится, что эти знания используются для разработки стратегий по созданию синтетических биомолекул нового поколения.
«Наши результаты проливают свет на механизмы иммобилизации биомолекул, которые чрезвычайно важны для создания синтетических пептидов и биофункциональности современных имплантируемых материалов», — говорится в статье.