Jin Kim Montclare, professeur de génie chimique et biomoléculaire, avec des affiliations à NYU Langone Health et NYU College of Dentistry, a dirigé cette recherche avec le premier auteur Michael Meleties, doctorant l'étudiant Dustin Britton, associée postdoctorale Priya Katyal, et assistante de recherche de premier cycle Bonnie Lin.

En raison de leurs propriétés ajustables, les hydrogels comprenant des polymères sensibles aux stimuli sont parmi les échafaudages moléculaires les plus attrayants car leur polyvalence permet des applications en ingénierie tissulaire, l'administration de médicaments et d'autres domaines biomédicaux.

Les peptides et les protéines sont de plus en plus populaires en tant que blocs de construction car ils peuvent être stimulés pour s'auto-assembler en nanostructures telles que des nanoparticules ou des nanofibres, qui permet la gélification - la formation d'hydrogels supramoléculaires qui peuvent piéger l'eau et les petites molécules. Ingénieurs, pour générer de tels biomatériaux intelligents, développent des systèmes capables de répondre à une multitude de stimuli dont la chaleur. Bien que les hydrogels thermosensibles fassent partie d'une classe de biomatériaux protéiques largement étudiée et bien comprise, des progrès substantiels seraient également réalisés dans l'incorporation de la réactivité aux stimuli, y compris le pH, léger, force ionique, redox, ainsi que l'ajout de petites molécules.

Les chercheurs de NYU Tandon, qui a précédemment signalé un hydrogel réactif formé à l'aide d'une protéine enroulée, Q, élargi leurs études pour identifier la gélification de la protéine Q à des températures et des conditions de pH distinctes.

En utilisant la microscopie électronique à transmission, rhéologie et analyses structurales, ils ont observé que Q s'auto-assemble et forme des hydrogels à base de fibres présentant un comportement de température de solution critique supérieure (UCST) avec des propriétés élastiques accrues à pH 7,4 et pH 10. À pH 6, cependant, Q forme des nanoparticules polydisperses, qui ne s'auto-assemblent plus et subissent une gélification. La charge positive nette élevée de Q à pH 6 crée une répulsion électrostatique importante, empêchant sa gélification. Cette étude guidera potentiellement le développement de nouveaux échafaudages et de biomatériaux fonctionnels sensibles aux stimuli biologiquement pertinents.

Montclare a expliqué que le comportement de la phase de température de solution critique supérieure (UCST) est caractérisé par une solution qui formera un hydrogel lorsqu'elle est refroidie en dessous d'une température critique.

"Dans notre cas, c'est en raison de la réticulation physique/enchevêtrement des fibres que notre hydrogel à base de fibres se forme lorsqu'il est refroidi, " elle a dit, ajoutant que lorsque la température est élevée au-dessus de la température critique, l'hydrogel revient en solution et la plupart des fibres doivent se démêler.

« Dans notre étude, nous avons examiné comment ce processus est affecté par le pH. Nous pensons que la charge nette élevée de la protéine à pH 6 crée des répulsions électrostatiques qui empêchent la protéine de s'assembler en fibres et plus loin en hydrogels, tandis qu'à un pH plus élevé où il y aurait moins de répulsion électrostatique, la protéine est capable de s'assembler en fibres qui peuvent ensuite subir une gélification."