Poly(peptide): Synthesis, Structure, and Function of Peptide-Polymer Amphiphiles and Protein-like Polymers

Conspectus

En este relato, describimos la organización de péptidos funcionales como cadenas laterales densamente dispuestas en andamios poliméricos que presentamos como una nueva clase de material llamado poli(péptido). Describimos dos clases generales de poli(péptido): (1) Anfífilos de polímeros peptídicos (PPA), que consisten en copolímeros en bloque con una agrupación densa de péptidos dispuestos como cadenas laterales del bloque hidrofílico y conectados a un bloque hidrofóbico que impulsa el ensamblaje de las micelas, y (2) Polímeros similares a las proteínas (PLP), en los que los polímeros en cepillo de péptidos se componen de monómeros, cada uno de los cuales contiene una cadena lateral peptídica. Los péptidos organizados de esta manera imbuyen a los polímeros o nanopartículas poliméricas con una serie de cualidades funcionales inherentes a su secuencia específica. Por lo tanto, los polímeros o nanopartículas que de otro modo carecerían de bioactividad o capacidad de respuesta a los estímulos, una vez unidos a un péptido de elección, pueden ahora unirse a las proteínas, entrar en las células y los tejidos, tener patrones de biodistribución controlados y conmutables, y ser sustratos de enzimas (por ejemplo, para quinasas, fosfatasas, proteasas). De hecho, cuando se incorporan sustratos peptídicos, las transiciones morfológicas impulsadas cinética o termodinámicamente pueden ser inducidas enzimáticamente en el material polimérico. De forma sinérgica, el polímero impone cambios en la actividad y la función del péptido en virtud del empaquetamiento y la restricción del péptido. El andamio puede proteger a los péptidos de la proteólisis, cambiar el perfil farmacocinético de un péptido inyectado por vía intravenosa, aumentar la captación celular de un péptido terapéutico que de otro modo sería impermeable a las células, o cambiar por completo la actividad del sustrato del péptido. Por otra parte, además de los péptidos de secuencia controlada (generados por síntesis en fase sólida), el polímero puede llevar su propia información dependiente de la secuencia, especialmente a través de estrategias de polimerización en vivo que permiten bloques bien definidos y etiquetas terminales (por ejemplo, colorantes, agentes de contraste, motivos cargados). Por lo tanto, los dos elementos, péptido y polímero, cooperan para dar lugar a materiales con funciones y propiedades únicas muy distintas entre sí. Aquí describimos el desarrollo de estrategias sintéticas para acceder a estas clases de conjugados poliméricos de biomoléculas. Analizamos la utilidad de los materiales basados en poli(péptidos) en una serie de aplicaciones biomédicas, como la obtención de imágenes de tejidos enfermos (infarto de miocardio y cáncer), la administración de fármacos de moléculas pequeñas a tumores con gran especificidad, la impartición de permeabilidad celular a péptidos que de otro modo serían impermeables, la protección de péptidos bioactivos frente a la proteólisis en condiciones adversas (por ejemplo, ácido estomacal y sangre entera) y el transporte de proteínas a tipos de células tradicionalmente difíciles de transfectar, incluidas las células madre. Los materiales de poli(péptidos) ofrecen nuevas propiedades tanto a los péptidos constituyentes como a los polímeros, que pueden ajustarse mediante el diseño de la secuencia de oligopéptidos, el grado de polimerización, la disposición de los péptidos en la columna vertebral del polímero y la química de ésta. Estas propiedades hacen que este enfoque sea valioso para el desarrollo de péptidos como medicamentos y materiales en una serie de entornos.