נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
השפעת חומצת האמינו הטעונה של פפטיד על המבנה ההיררכי של ממברנות Alginate-PFO/PFR
The effect of the peptide's charged amino acid on the hierarchical structure of Alginate/PFX self-assembled membranes
תקציר בעיברית
במהלך העשור האחרון, חומרים ביולוגיים משולבים, כגון ממברנות מקרוסקופיות הנוצרות באינטרפאזה בין תמיסת פפטיד לתמיסת פולימר תחת תהליך של התארגנות עצמית, זכו לתשומת לב רבה בשל הפונקציונליות הכימית הגבוהה שלהן, היציבות הרבה שלהן והתאמתן הביולוגית. הדוגמה הראשונה למבנה היררכי של ממברנות פפטיד-פולימר דווחה על ידי המעבדה של Samuel Stupp לפני כשני עשורים. נמצא כי ממברנות אלו בעלות מורפולגיה הנקראית “three region morphology” שכן נמצא כי הן מורכבות משלושה אזורים- שכבה אמורפית, שכבה של סיבים מקבילים ושכבת סיבים מאונכים. ממברנות דומות המורכבות מהרב סוכר האניוני Alginate והפפטיד הקטיוני אשר מתארגן לכדי β-sheet הקרוי PK(FK)5P, או בקצרה PFK, פורסמו לאחרונה על ידי המעבדה שלנו. באמצעות שיטה לפיזור קרני רנטגן בזוויות קטנות (SAXS) ועל ידי מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM), הוצע מנגנון היווצרות תלת שלבי, ופרמטרים קריטיים המשפיעים על המורפולוגיה והתכונות הפיזיקליות של הממברנה נמצאו. פרמטרים אלו כוללים את זמן האינקובציה של הפפטיד, יכולתו ליצור סיבים, ריכוזי המרכיבים וזמן האינקובציה של הממברנה. יחד עם זאת, ההשפעה של רצף חומצות האמינו המרכיבות את הפפטיד, ובפרט זהות חומצת האמינו הטעונה, על המורפולוגיה של הממברנה עדיין אינה ידועה. לשם כך, בחרנו שני פפטידים נוספים PFR ו-PFO שבהם arginine ו- ornithineמחליפים את lysine כקבוצה הטעונה. ניסויי SAXS ו- cryo-TEM הראו שכצפוי, PFR יוצר סיבים במים. מנגד, נמצא כי PFO מתארגן לכדי מבנים כדוריים במקום לסיבים. שימוש ב- 2%wt Alginate-5%wt PFO לא הראה על היכולת ליצור ממברנות יציבות, בעוד ששימוש ב-2%wt Alginate-5%wt PFR כן הראה על יכולת זו. מדידות SEM של הממברנות האחרונות שהוזכרו הראו שאכן נוצרו אזורים שונים לאורך הממברנה, אם כי לא נצפו סיבים ניצבים ארוכים. לממברנות יציבות בעלות יכולת וויסות יש פוטנציאל לשמש כשלדים לתרביות תאים עם פוטנציאל גדול לחקות את הסביבה הטבעית החיונית לצמיחה מוצלחת של תאים. בכך יש להן יישומים מגוונים בתחומים רבים כגון הנדסת רקמות, אספקת תרופות וכיוצא בזאת.
תקציר באנגלית
Over the past decade, hybrid biomaterials such as macroscopic membranes which forms at the aqueous interface between self-assembled peptide solution and polymer solution under a process of self-assembly, have gained high attention. The first hierarchical structure of peptide-polymer membranes reported by Samuel Stupp two decades ago and termed as “three region morphology”, cause they were found to consist of three regions- among them a layer of perpendicular fibers. In previous research that has been done by Gal Yosefi, the combination between the anionic polysaccharide Alginate and the cationic peptide PFK which belongs to a family of amphiphilic peptides that termed PFX, have shown the ability to create a stable and tunable membrane with this unique morphology. In this research we wanted to check if the membrane structure will be affected by using other peptides from the PFX family, so for this purpose two additional peptides were tested - PFR and PFO. It's known that the resulting morphology depended on the peptide incubation time and on its ability to create fibers, on the component's concentration, and on the membrane incubation time. For this reason, we examined membranes obtained from a combination of Alginate with PFR/PFO, while changing various parameters, with the attempt to create membranes with the "three region morphology". In this point we found that PFR can organize in high probability to same nano-structure such as PFK, but despite the similarity, and even though membrane composed from 2%wt of Alginate and 5%wt of PFR exhibit different regions- they didn’t create perpendicular fibers. We presume that with longer incubation time this membrane perhaps exhibit the desire result. On the other hand, it was found that PFO aggregate in high probability into spherical structures but not into fibers. In order to manipulate it, we presume that by increasing the pH of the peptide's solution, PFO might aggregate into fibers. In the end, the attempt to create tunable and stable membranes, have the potential to serve as scaffolds for cell culture with a great potential to mimic the natural environment that essential for successful cell growth, and thus have diverse applications at fields such as tissue engineering, drug delivery etc.