基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子及其在构建纳米材料中的应用制造技术

技术编号:13998139 阅读:96 留言:0更新日期:2016-11-15 11:31
本发明专利技术涉及一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子及其在构建纳米材料尤其是类弹性蛋白纳米材料中的应用,所述多肽单体分子由功能分子、聚合活性位点和类弹性蛋白重复多肽构成,所述多肽单体分子可以高效地被谷氨酰胺转移酶催化聚合,形成的聚合物具有温敏特性,可以通过改变单体分子的多肽序列,调节聚合物的三维结构、转化温度、孔隙大小等参数;该聚合物可以在活细胞内原位可控合成,并形成纳米结构;该纳米材料的制备方法可以实现活细胞内实时原位成像或高置留率的药物递送,具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制作
,具体涉及一种多肽单体分子及其在构建纳米材料中的应用,尤其涉及一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子及其在构建类弹性蛋白纳米材料中的应用。
技术介绍
可控的纳米材料制备是材料领域一贯的追求,这种可控不仅体现在纳米尺度的均匀度、表面化学性质的统一性,也体现在制备方法的可控性。近年来,对于生物领域的应用,纳米材料在体外的制备并具有生物功能已得到广泛的发展,但是其中的生物安全性、材料在复杂生理环境下的稳定性以及纳米材料的代谢等问题的突出也在一定程度上制约了纳米材料的发展。然而,针对上述问题提出的在活体或者活细胞内原位组装纳米材料,并具有生物功能的策略成为解决上述瓶颈问题的有效手段。该策略不仅体现了小分子在生物体内分布时的高效浸润的优势,也体现了纳米材料在病灶部位成像或治疗的优势,成为时下最具潜力的研究方向。在此体系中,多肽为基础的组装体系由于其生物相容性好、合成方法成熟等特点成为首先的材料体系。在前期的研究基础中,多肽的自组装主要推动力为弱的作用力,例如:氢键、范德华力、静电相互作用、π-π相互作用等。其中在体外的多肽纳米材料制备已经相当成熟,部分材料已经用于临床研究。但是在活体内原位的多肽纳米材料组装是近5年内才出现并发展的。典型的案例如Xu课题组利用细胞内的磷酸酶使得入胞的多肽去磷酸化,增强的疏水作用,导致在细胞内发生了凝胶化的组装,实现了细胞内酶的原位成像或者肿瘤细胞的促凋亡作用。Rao课题组利用一种生物正交反应,成功实现了多肽分子在细胞内的超分子组装,可以用来监控caspase-3酶的活性。也有研究在前期设计了叶绿素修饰的多肽材料,通过明胶酶的分子剪切实现了在活体内的纳米纤维结构的超分子组装,成功用于活体成像。虽然已有上述的成果案例,但是多肽在活体内的超分子组装仍然面临着可控性差、复杂环境下组装效率不高等问题。因此,发展共价组装体系将有效解决上述所面临的困难。结合生物体内的内源性催化剂-酶,建立共价酶催化聚合体系,将有效实现在复杂生理环境下的可控聚合和分子组装,将为纳米材料的制备提供新思路和新方法,为生物领域的应用提供新技术。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足,本专利技术提供了一种多肽单体分子及其在构建纳米材料中的应用,特别是提供了一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子及其在构建类弹性蛋白纳米材料中的应用,本专利技术还提供了所述纳米材料在细胞内谷氨酰胺转移酶表达量成像或多肽缓释药物的递送中的应用。本专利技术提供的多肽单体分子可以在细胞内的谷氨酰胺转移酶催化下发生聚合,形成的聚肽具有类弹性蛋白性质,可以在改变温度的环境中发生聚合物链的扭曲和缠绕,实现原位的纳米超分子组装以及可控地在细胞内制备类弹性蛋白纳米材料,并实现成像或者疾病治疗的功能。为达此目的,本专利技术采用以下技术方案:第一方面,本专利技术提供了一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子,所述多肽单体分子由功能分子、聚合活性位点和类弹性蛋白重复多肽构成。本专利技术通过采用将多肽单体分子设计为由功能分子、聚合活性位点和类弹性蛋白重复多肽构成的结构,该分子设计方式不仅保证了聚合后的聚肽具有类弹性蛋白的性质同时也保证了所携带的功能分子的修饰密度。本专利技术中所述的多肽单体分子,其聚合活性位点是催化酶—谷氨酰胺转移酶的特异性催化位点,包括谷氨酰胺(Q)端和赖氨酸(K)端,可以通过两个活性端的催化偶联实现酶催化聚合。根据本专利技术,所述多肽单体分子的具体结构为:功能分子、聚合活性位点的谷氨酰胺端、类弹性蛋白重复多肽和聚合活性位点的赖氨酸端,其依次连接构成。将聚合活性位点设计在类弹性蛋白重复多肽的两端才可以实现酶催化聚合,同时保持聚合后的聚肽具有类弹性蛋白的性质;两端头的聚合活性位点设计不可以改变。根据本专利技术,所述谷氨酰胺端序列表示为XQY,其表示具有3个氨基酸的多肽;其中,X表示除脯氨酸以外的氨基酸,优选为疏水性氨基酸;Q表示谷氨酰胺;Y表示除带负电的氨基酸以外的氨基酸,优选为疏水性氨基酸。本专利技术所述的谷氨酰胺端序列中的X和Y可同时采用疏水性氨基酸,这样的选择可以大大增加酶催化的选择性和酶催化效率,对合成的聚合物的分子量有影响。根据本专利技术,所述谷氨酰胺端序列具体可以采用如SEQ ID NO.1-2之一所示的序列,也可采用如下列举的各序列:YQR、YQW、YQY、RQW、RQY等,在此不做特别限定,需要强调的是,本专利技术的谷氨酰胺端序列优选采用如SEQ ID NO.1-2之一所示的序列,其在XQY的序列中酶催化选择性最高,催化得到的聚合物分子量最大。SEQ ID NO.1:LQRSEQ ID NO.2:RQL本专利技术通过采用具有上述具有通式XQY所示的谷氨酰胺序列,即采用将谷氨酰胺设计成中间位置Q,在Q+1位置上设计为X氨基酸,在Q-1位置上设计为Y氨基酸,其优势在于保持酶催化选择性的同时,尽可能的减少对聚合后的类弹性蛋白聚肽的温敏响应性的影响。因此三个氨基酸XQY的设计可以同时实现上述功能。根据本专利技术,所述类弹性蛋白重复多肽的序列中可以含有5-8个氨基酸,但并非仅限于此;所述类弹性蛋白重复多肽的序列如SEQ ID NO.3-30之一所示,优选为SEQ ID NO.24-30所示的序列,所述序列所形成的聚肽的类弹性蛋白性质较好(灵敏的温度响应性、转折温度可以在细胞培养的30-37℃之间以及重复个数在20个重复单元以上就可以很好的表现出类弹性蛋白的性质)。SEQ ID NO.3:GVGVPSEQ ID NO.4:GVGHPSEQ ID NO.5:GVGAPSEQ ID NO.6:AVPGVGSEQ ID NO.7:TVPGVGSEQ ID NO.8:VAPGVGSEQ ID NO.9:GVPGVGSEQ ID NO.10:VHPGVGSEQ ID NO.11:VPVGVGSEQ ID NO.12:APVGVGSEQ ID NO.13:VPAVGSEQ ID NO.14:GPAVGSEQ ID NO.15:TPAVGSEQ ID NO.16:VPHVGSEQ ID NO.17:GPHVGSEQ ID NO.18:TPHVGSEQ ID NO.19:RGDSPYQGSEQ ID NO.20:RGDAPYQGSEQ ID NO.21:RGDSPYGSEQ ID NO.22:RGDSPFGSEQ ID NO.23:RGDSPHGSEQ ID NO.24:VPHVGSEQ ID NO.25:GVGFPSEQ ID NO.26:VHPGVGSEQ ID NO.27:GRGDSPFGSEQ ID NO.28:GRDGSPYGSEQ ID NO.29:GRGESPYGSEQ ID NO.30:GRGDSPYG根据本专利技术,所述功能分子为成像分子和/或药物分子。优选地,所述成像分子为荧光成像分子、光声成像分子或极性敏感分子中的任意一种或至少两种的组合,优选为紫红素18、焦脱镁叶绿素、Cy5-Cy7或DBD分子中的任意一种或至少两种的组合。优选地,所述药物分子为肿瘤化疗分子和/或抗生素分子,优选为阿霉素和/或万古霉素。第二方面,本专利技术还提供了如第一方面所述的多肽单体分子的聚合方法,所述多肽单体分子的聚合是在活细胞内通过酶催化反应聚合而成。本专利技术提供的多肽单体分子本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子,其特征在于,所述多肽单体分子由功能分子、聚合活性位点和类弹性蛋白重复多肽构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于细胞内酶催化聚合的多肽单体分子,其特征在于,所述多肽单体分子由功能分子、聚合活性位点和类弹性蛋白重复多肽构成。2.如权利要求1所述的多肽单体分子,其特征在于,所述聚合活性位点包括谷氨酰胺端和赖氨酸端;优选地,所述多肽单体分子由功能分子、聚合活性位点的谷氨酰胺端、类弹性蛋白重复多肽和聚合活性位点的赖氨酸端依次连接构成。3.如权利要求2所述的多肽单体分子,其特征在于,所述谷氨酰胺端序列表示为XQY;其中,X表示除脯氨酸以外的氨基酸,优选为疏水性氨基酸;Q表示谷氨酰胺;Y表示除带负电的氨基酸以外的氨基酸,优选为疏水性氨基酸;优选地,所述谷氨酰胺端序列如SEQ ID NO.1-2之一所示;优选地,所述类弹性蛋白重复多肽的序列如SEQ ID NO.3-30之一所示,优选为SEQ ID NO.24-30所示的序列。4.如权利要求1-3之一所述的多肽单体分子,其特征在于,所述功能分子为成像分子和/或药物分子;优选地,所述成像分子为荧光成像分子、光声成像分子或极性敏感分子中的任意一种或至少两种的组合,优选为紫红素18、焦脱镁叶绿素、Cy5-Cy7或DBD分子中的任意一种或至少两种的组合;优选地,所述药物分子为肿瘤化疗分子和/或抗生素分子,优选为阿霉素和/或万古霉素。5.如权利要求1-4之一所述的多肽单体分子的聚合方法,其特征在于,所述多肽单体分子的聚合是在活细胞内通过酶催化反应聚合而成。6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述催化反应的温度为37-40℃,优选为37℃;优选地,所述催化反应的时间为4-12h,优选为4h;优选地,...

【专利技术属性】
技术研发人员:王浩李莉莉乔圣林刘伟娇马洋
申请(专利权)人:国家纳米科学中心
类型:发明
国别省市:北京;11

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