徐海教授科研团队在多肽自组装研究方面取得系列进展

发布时间:2020-11-27发布人:淡天俊浏览次数:332

近日,我院徐海教授领衔的生物界面与材料研究团队在多肽自组装驱动力协同作用机制与分级组装调控研究方面取得系列进展。相关成果分别发表在化学类顶级综述Coordination Chemistry Reviews和化学类TOP期刊Small上。成果第一作者均为生物界面与材料研究团队博士研究生李洁,共同通讯作者为威尼斯官方网站教授王继乾、吕建仁和徐海,威尼斯为第一署名单位。该系列成果得到国家自然科学基金资助。

自组装是自然界构筑有序结构和复杂功能的重要策略,也是近二十年来跨越多个学科的研究热点。自组装研究不仅有助于揭示自然界的奥秘,而且在此基础上人们可以师法自然,通过自组装途径人工构筑具有新颖结构的功能材料。在诸多组装基元中,多肽分子自组装近年来受到广泛关注,除了其固有的生物相容性和生物可降解性外,还可以通过合理的序列设计赋予其特定的性质和功能。一些多肽自组装体系在组织工程、再生医学、药物释放、肿瘤治疗、生物成像等领域业已显示出潜在的应用价值。与传统的有机小分子和合成聚合物相比,多肽分子特有的结构特征,例如多肽主链肽键的重复排列、侧链官能团的多样化以及α-碳的手性,赋予了多肽分子间丰富的相互作用力。这些组装驱动力包括氢键、静电作用、疏水作用、π-π相互作用、金属离子配位作用等。尽管多肽自组装被普遍认为是一个分级组装过程(hierarchical self-assembly),但对于各种驱动力在组装过程的作用和地位,以及它们之间的协同作用模式,目前还缺乏一个较为清楚的认识,从而限制了对多肽自组装过程、组装体结构和功能的有效调控。

基于此认识,生物界面与材料研究团队在前期短肽自组装调控机制研究的基础上,设计了一组含有28个氨基酸残基的α-螺旋肽,通过圆二色性光谱仪、原子力显微镜、小角中子散射等技术并结合分子模拟手段,研究了α-螺旋肽的自组装过程。工作系统展示了氢键、疏水相互作用、静电相互作用和金属离子配位等四种组装驱动力在多肽自组装过程中的协同作用机理和多肽的分级组装机制。通过对不同驱动力在不同组装层级上的合理调控,得到了不同形貌和结构的纳米组装体。

题为《类表面活性剂多肽:分子的设计、可控组装和应用》 (Surfactant-like peptides: From molecular design to controllable self-assembly with applications)发表在化学类顶级综述Coordination Chemistry Reviews上,该综述以20种常见氨基酸的理化性质为切入点,详细描述了类表面活性剂短肽(Surfactant-like peptides或SLP)的设计规则和可控组装,包括氨基酸的取代、分子序列的改变、分子的长度、氨基酸的手性和组装体溶剂等,以及多肽组装体在细胞培养、抗菌和抗癌治疗,药物递送和控释,仿生矿化和纳米加工,止血和膜蛋白稳定化等方面的应用。这篇综述不仅为SLP的研究做了全面的介绍,还为后续进行SLP的基础研究和开发提供了重要的参考。

题为《通过α-螺旋肽的设计和分级组装制备纳米纤维组装体》(Ordered Nanofibers Fabricated from Hierarchical Self-Assembling Processes of Designed α-Helical Peptides)发表在在化学类TOP期刊Small上,并被选为封面文章。同时,该成果被Wiley MaterialsViews中国作为研究亮点进行了报道。这项研究工作提供了一类具有通用性的分子自组装模型,设计的螺旋肽分子基于一个自身互补的氨基酸序列,与双肽分子的组装系统相比,这样的设计方式允许更便捷的在氨基酸序列中引入功能性氨基酸残基,可以更加有效地指导多肽自组装过程和制备功能性纳米组装体。该工作为生物超分子功能体系的分级构筑提供了可以借鉴的策略,如纳米原纤维的分级组装、含金属离子活性中心的多肽组装体等,这些组装结构可用于生物功能材料和仿生催化等领域。审稿专家高度评价了多肽的分子设计策略,认为将不同的非共价驱动力引入了单个多肽序列中,可以根据它们对自组装的影响系统比较不同非共价相互作用的影响。同时也认为在多肽跨尺度自组装特性研究中,作者所开发应用的一系列实验方法具有很好的创新性。这一工作有助于系统理解自组装驱动力之间的关系和分子相互作用机理。

徐海教授领衔的生物界面与材料研究团队一直致力于多肽分子自组装及功能化的研究,特别是短肽自组装手性传递规律、多肽分级组装机制和肽基超分子生物材料等方向的研究。该团队在国家自然科学基金的持续资助下,累计在《自然-通讯》(Nature Communications)、《美国化学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)、Small等期刊发表一百余篇高质量学术论文,授权发明专利二十余项,开发了多项生物材料原创性技术。累计培养了近百名博士、硕士研究生,大部分已经成长为高校教师、高新技术公司的骨干。

论文链接:

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202003945

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010854520303209

Wiley MaterialsViews中国:

https://www.materialsviewschina.com/2020/10/49762/


【作者:淡天俊,单宝来   审核:】