Poly(peptide): Synthese, Struktur und Funktion von Peptid-Polymer-Amphiphilen und proteinähnlichen Polymeren

Conspectus

In diesem Account beschreiben wir die Organisation von funktionellen Peptiden als dicht angeordnete Seitenketten auf Polymergerüsten, die wir als eine neue Materialklasse namens Poly(peptid) einführen. Wir beschreiben zwei allgemeine Klassen von Poly(peptiden): (1) Peptid-Polymer-Amphiphile (PPAs), die aus Block-Copolymeren mit einer dichten Gruppierung von Peptiden bestehen, die als Seitenketten des hydrophilen Blocks angeordnet und mit einem hydrophoben Block verbunden sind, der die Mizellenbildung antreibt, und (2) Protein-ähnliche Polymere (PLPs), bei denen Peptid-Bürsten-Polymere aus Monomeren zusammengesetzt sind, die jeweils eine Peptid-Seitenkette enthalten. Peptide, die auf diese Weise organisiert sind, verleihen den Polymeren oder polymeren Nanopartikeln eine Reihe von funktionellen Eigenschaften, die ihrer spezifischen Sequenz eigen sind. Daher können Polymere oder Nanopartikel, denen es ansonsten an Bioaktivität oder Ansprechbarkeit auf Stimuli mangelt, nach der Verknüpfung mit einem Peptid ihrer Wahl nun Proteine binden, in Zellen und Gewebe eindringen, kontrollierte und schaltbare Biodistributionsmuster aufweisen und Enzymsubstrate (z. B. für Kinasen, Phosphatasen, Proteasen) sein. Wenn Peptidsubstrate eingebaut werden, können kinetisch oder thermodynamisch bedingte morphologische Übergänge im Polymermaterial enzymatisch induziert werden. Synergistischerweise erzwingt das Polymer Veränderungen in der Peptidaktivität und -funktion, indem es das Peptid einpackt und einschränkt. Das Gerüst kann Peptide vor Proteolyse schützen, das pharmakokinetische Profil eines intravenös injizierten Peptids verändern, die zelluläre Aufnahme eines ansonsten zellundurchlässigen therapeutischen Peptids erhöhen oder die Aktivität des Peptidsubstrats vollständig verändern. Darüber hinaus kann das Polymer zusätzlich zu den sequenzgesteuerten Peptiden (die durch Festphasensynthese erzeugt werden) seine eigene sequenzabhängige Information tragen, insbesondere durch Strategien der lebenden Polymerisation, die genau definierte Blöcke und terminale Markierungen (z. B. Farbstoffe, Kontrastmittel, geladene Einheiten) ermöglichen. Die beiden Elemente, Peptid und Polymer, arbeiten also zusammen, um Materialien mit einzigartigen Funktionen und Eigenschaften zu erhalten, die sich von denen der anderen unterscheiden. In diesem Artikel beschreiben wir die Entwicklung synthetischer Strategien für den Zugang zu diesen Klassen von Biomolekül-Polymer-Konjugaten. Wir erörtern den Nutzen von Materialien auf Poly(peptid)-Basis für eine Reihe biomedizinischer Anwendungen, darunter die Bildgebung von erkranktem Gewebe (Herzinfarkt und Krebs), die hochspezifische Verabreichung von niedermolekularen Arzneimitteln an Tumore, die Verleihung der Zellpermeabilität an ansonsten undurchlässige Peptide, der Schutz bioaktiver Peptide vor Proteolyse unter rauen Bedingungen (z. B. Magensäure und Vollblut) und der Transport von Proteinen in traditionell schwer zu transfizierende Zelltypen, einschließlich Stammzellen. Poly(peptid)-Materialien bieten sowohl den Peptidbestandteilen als auch den Polymeren neue Eigenschaften, die durch die Gestaltung der Oligopeptidsequenz, den Polymerisationsgrad, die Peptidanordnung auf dem Polymergerüst und die Chemie des Polymergerüsts eingestellt werden können. Diese Eigenschaften machen diesen Ansatz zu einem wertvollen Instrument für die Entwicklung von Peptiden als Arzneimittel und Materialien in einer Reihe von Bereichen.