Self-assembly of Peptide-based Materials

Abstract

온도, pH, 빛, 자기장 등에 대한 반응으로 변화를 나타내는 자극 민감성 고분자에 대한 광범위한 연구가 이루어져 왔다. 그 중에서도 가역적인 온도성 겔은 최근 십 년간 독특한 졸-겔 상 전이 메커니즘과 생체 의료의 응용 물질로서 지난 수년간 중요한 주제가 되어 왔다. 외과적 수술 없이 약물 전달 저장고나 조직 공학 지지체는 약물이나 세포를 포함하고 있는 고분자 수용액의 일반적인 주사 투여를 기반으로 해서 발전하고 있다. 미셀의 쌓임/응집, 고분자 블록 상에서의 상 섞임, 미셀 간의 가교 모델 등이 전이에 대한 메커니즘으로서 제시되고 있다. 고분자 수용액에서 가역적인 온도겔화 거동을 보이기 위해서는 고분자는 친수성과 소수성 사이의 미세한 균형이 있어야 한다. 폴리프로필렌 옥시드와 부틸렌 옥시드의 폴리에스터, 폴리(락티드-co-글리콜리드)의 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리포스파진, 폴리사카라이드 등은 소수성 블록으로 쓰이고 있으며, 폴리(에틸렌 글리콜)은 그들의 생체적합성 때문에 친수성 블록으로 가장 넓게 사용되고 있다. 최근에 생체물질을 기반으로 한 폴리펩티드의 무작정 코일, β-병풍구조, α-나선구조 등 독특한 2차 구조는 아미노산이나 폴리펩티드의 분자량에 의존하기 때문에 큰 관심을 끌고 있다. 이러한 이차 구조는 폴리펩티드 시스템이 겔 상이 나타날 때 매우 낮은 임계 겔 농도를 보여주고 있고 겔의 높은 강도를 이끌어낸다. 첫번째 장에서 우리는 가역적 온도겔화를 보이는 폴리(알라닌-co-페닐알라닌)이 양끝에 씌워져 있는 폴리((프로필렌 글리콜)-폴리(에틸렌 글리콜)-폴리(프로필렌 글리콜)) (PAF-PLX-PAF) 에 대한 것을 보고하고자 한다. 원평광 이색성 분광분석, 적외선 분광기, 13C-NMR 스펙트럼은 온도가 증가함에 따라 폴리펩티드의 β-병풍구조 배좌형태가 중요하게 증가하며 폴리(에틸렌 글리콜)의 수화가 일어난다는 것을 보여준다. PAF(폴리(알라닌-co-페닐알라닌)) 분자량이 증가하거나 이것의 비율이 감소됨에 따라 졸-겔 전이 온도는 감소함을 보였다. 졸-겔 전이 온도는 PLX (폴리(프로필렌 글리콜)-폴리(에틸렌 글리콜)-폴리(프로필렌 글리콜))의 길이가 증가함에 따라 함께 증가하였다. In-situ 에서 형성된 겔은 전형적인 PLX (F127겔)보다 상당히 긴 지속성을 보여주었으며 이는 PAF-PLX-PAF가 주사 가능한 생체 물질로서 상당히 유망하다는 것을 제시한다. 두번째 장에서는 벤젠 트리카르보닐 트리페닐알라닌과 모노-, 디-, 트리페닐알라닌을 합성하여 별모양의 구조를 갖는 것이 서로 자가 응집되어 여러 나노구조를 형성하는 것을 보았다. 수용액 상에서는 (pH=12) 별모양 구조 페닐알라닌 (n=1-3)은 자가 응집되어 꽃모양의 나노 구조를 보인 반면에, 유기용매 (메탄올, 에탄올)에서는 아주 일정한 크기의 나노파티클을 형성하였다. 또한 선모양의 페닐알라닌 (n=1-3)은 물과 유기용매에서 모두 섬유모양의 나노구조를 형성하였다. 이러한 서로 다른 나노구조를 형성하는 별모양의 페닐알라닌과 선모양의 페닐알라닌은 약물 전달 시스템에 다양하게 쓰일 것으로 기대된다.;The aqueous solution of poly(L-Ala-co-L-Phe)-poly(propylene glycol)-poly(ethylene glycol)-poly(propylene glycol)-poly(L-Ala-co-L-Phe) block copolymers (PAF-PLX-PAF) in a concentration range of 6.0 ~ 10.0 wt. % underwent sol-to-gel transition as the temperature increased from 10 oC to 50 oC. Circular dichroism spectra, hydrophobic dye solubilization, dynamic light scattering, and transmission electron microscopic image of the polymer suggest that the polymers form micelles in water, where the hydrophilic (PLX) blocks form a shell and the hydrophobic (PAF) blocks form a core of the micelle. Circular dichroism, FTIR, and 13C-NMR spectra suggest that sol-to-gel transition accompanies partial strengthening of the β-sheet structure of PAF and a decrease in molecular motion of the PLX. The sol-to-gel transition temperature could be controlled by varying the molecular weight of PAF and PLX blocks, and the ratio of Ala to Phe, and the corresponding secondary structure of the polypeptide. Based on the strong self-assembly of phenylalanine, here we are reporting that star-shape phenylalanine as a self-assembling moiety in water as well as in methanol. The star-shaped mono, di, and tri-phenylalanine were prepared and the assembly pattern was compared with their linear counter parts. Star-shaped phenylalanine (n = 1 - 3) were self-assembled into flower-like nanostructure in aqueous solution (pH=12), whereas they formed nanospheres with a uniform size in organic solvents (methanol and ethanol). On the other hand, linear phenylalanine (n = 1 - 3) formed a fibrous nanostructure in water as well as in organic solvents (methanol and ethanol). The difference in nanoassembled structure between star-shaped phenylalanine and linear phenylalanine leads to a different drug release profile.