하이드로겔은 물리적으로 또는 화학적으로 가교결합된 친수성의 고분자 매트릭스이다. 상용화되어있는 합성 하이드로겔의 경우, 독성에 의해 인체에서 면역반응을 일으키는 문제가 있다. 또한 자연 단백질은 ...
하이드로겔은 물리적으로 또는 화학적으로 가교결합된 친수성의 고분자 매트릭스이다. 상용화되어있는 합성 하이드로겔의 경우, 독성에 의해 인체에서 면역반응을 일으키는 문제가 있다. 또한 자연 단백질은 생체적합성은 뛰어나지만, 기본적으로 비구조적이기 때문에 인체조직을 모방하는데는 한계가 있다. 따라서 이를 극복하기 위해 비구조적인 IDP(intrinsically disordered protein)를 단백질 나노케이지와 결합하여, 하나의 단백질 building block을 제작하였다. 이 bullding block은 비정형화된 구조를가지고, 탄성력이 있는 rec1-resilin 단백질을 Ferritin 이라는 나노케이지에 장착해주는 기능을 한다. 체계화 되고 초분자적인 특징을 가진 Ferritin 나노케이지는 IDP에 구조적인 안정성을 부여하게 된다. 또한 homogenous한 분포를 보이고, 3차원적인 network구조를 형성한다. 탄성 중합체의 성질을 띠며 열에 의한 self-healing 효과까지 지닌다. 순수 단백질로 이루어진 이 무독성 hydrogel은 생체적합성과 생분해성 역시 뛰어나며 세포 환경과 ECM의 특성을 모방하여 Biomedical분야에서 조직공학, 약물전달 등의 다양한 방면으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
하이드로겔은 물리적으로 또는 화학적으로 가교결합된 친수성의 고분자 매트릭스이다. 상용화되어있는 합성 하이드로겔의 경우, 독성에 의해 인체에서 면역반응을 일으키는 문제가 있다. 또한 자연 단백질은 생체적합성은 뛰어나지만, 기본적으로 비구조적이기 때문에 인체조직을 모방하는데는 한계가 있다. 따라서 이를 극복하기 위해 비구조적인 IDP(intrinsically disordered protein)를 단백질 나노케이지와 결합하여, 하나의 단백질 building block을 제작하였다. 이 bullding block은 비정형화된 구조를가지고, 탄성력이 있는 rec1-resilin 단백질을 Ferritin 이라는 나노케이지에 장착해주는 기능을 한다. 체계화 되고 초분자적인 특징을 가진 Ferritin 나노케이지는 IDP에 구조적인 안정성을 부여하게 된다. 또한 homogenous한 분포를 보이고, 3차원적인 network구조를 형성한다. 탄성 중합체의 성질을 띠며 열에 의한 self-healing 효과까지 지닌다. 순수 단백질로 이루어진 이 무독성 hydrogel은 생체적합성과 생분해성 역시 뛰어나며 세포 환경과 ECM의 특성을 모방하여 Biomedical분야에서 조직공학, 약물전달 등의 다양한 방면으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
Hydrogels made of nature matarials are hierarchically structured composite of structural and unstructured proteins, which provide particular characteristics. Here we report a new type of hierarchical hydrogel matriel from protein nanoparticle crystal with intrinsically disordered protein (IDP) molec...
Hydrogels made of nature matarials are hierarchically structured composite of structural and unstructured proteins, which provide particular characteristics. Here we report a new type of hierarchical hydrogel matriel from protein nanoparticle crystal with intrinsically disordered protein (IDP) molecules. In detail, the building block proteins of hydrogels were made by designing a gene can express an incorporation of the highly unstructed and flexible elastomeric rec1-resilin protein into ferritin nanoparticles. This highly organized properties of the ferritin nanoparticles gave a crystal structure frame for the rec1-resilin IDP. That properties consequently bring the IDP the physical crosslinking and structural stability of the subsequently thermally formed hydrogels. Images of micro- and nano-structures of the hydrogels made by heating show that they displayed homogeneous and porous three-dimensional structures conprised of intermolecularly connected nanoparticles seem like networks. In addition, the hydrogels have elastomeric properties with no stress relaxation, and thermally induced self-healing. As a consequence of their distinct features, such as their inherent biocompatibility and biodegradability, enabled them to mimic the cellcular environment and the extracellular matrix so that they can be used in biomedical fields and even more so in injectable hydrogel and 3D bio-printing. Even though our research containing ferritin nanoparticle and rec-1 is still in its early stages, this stragety of integrating a protein nanoparticle crystal and IDP to achieve a structural hierarchy could be applied to other protein hydrogels and should make that hydrogels a rich resource for material science.
Hydrogels made of nature matarials are hierarchically structured composite of structural and unstructured proteins, which provide particular characteristics. Here we report a new type of hierarchical hydrogel matriel from protein nanoparticle crystal with intrinsically disordered protein (IDP) molecules. In detail, the building block proteins of hydrogels were made by designing a gene can express an incorporation of the highly unstructed and flexible elastomeric rec1-resilin protein into ferritin nanoparticles. This highly organized properties of the ferritin nanoparticles gave a crystal structure frame for the rec1-resilin IDP. That properties consequently bring the IDP the physical crosslinking and structural stability of the subsequently thermally formed hydrogels. Images of micro- and nano-structures of the hydrogels made by heating show that they displayed homogeneous and porous three-dimensional structures conprised of intermolecularly connected nanoparticles seem like networks. In addition, the hydrogels have elastomeric properties with no stress relaxation, and thermally induced self-healing. As a consequence of their distinct features, such as their inherent biocompatibility and biodegradability, enabled them to mimic the cellcular environment and the extracellular matrix so that they can be used in biomedical fields and even more so in injectable hydrogel and 3D bio-printing. Even though our research containing ferritin nanoparticle and rec-1 is still in its early stages, this stragety of integrating a protein nanoparticle crystal and IDP to achieve a structural hierarchy could be applied to other protein hydrogels and should make that hydrogels a rich resource for material science.
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