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

Conspectus

In questo articolo, descriviamo l’organizzazione di peptidi funzionali come catene laterali densamente allineate su scaffold polimerici che introduciamo come una nuova classe di materiale chiamato poli (peptide). Descriviamo due classi generali di poli(peptide): (1) Peptide-Polymer Amphiphiles (PPAs), che consistono in copolimeri a blocchi con un denso raggruppamento di peptidi disposti come le catene laterali del blocco idrofilo e collegati ad un blocco idrofobico che guida l’assemblaggio della micella, e (2) polimeri simili alle proteine (PLPs), dove i polimeri peptide-brush sono composti da monomeri, ciascuno contenente una catena laterale peptidica. I peptidi organizzati in questo modo impregnano i polimeri o le nanoparticelle polimeriche di una serie di qualità funzionali inerenti alla loro specifica sequenza. Pertanto, i polimeri o le nanoparticelle altrimenti privi di bioattività o di reattività agli stimoli, una volta collegati a un peptide di scelta, possono ora legare le proteine, entrare nelle cellule e nei tessuti, avere modelli di biodistribuzione controllati e commutabili, ed essere substrati enzimatici (ad esempio, per chinasi, fosfatasi, proteasi). Infatti, quando i substrati peptidici sono incorporati, le transizioni morfologiche guidate cineticamente o termodinamicamente possono essere indotte enzimaticamente nel materiale polimerico. Sinergicamente, il polimero impone cambiamenti nell’attività e nella funzione del peptide in virtù dell’imballaggio e della costrizione del peptide. L’impalcatura può proteggere i peptidi dalla proteolisi, cambiare il profilo farmacocinetico di un peptide iniettato per via endovenosa, aumentare l’assorbimento cellulare di un peptide terapeutico altrimenti impermeabile alle cellule, o cambiare completamente l’attività del substrato del peptide. Inoltre, oltre ai peptidi controllati dalla sequenza (generati dalla sintesi in fase solida), il polimero può portare le proprie informazioni dipendenti dalla sequenza, specialmente attraverso strategie di polimerizzazione viva che permettono blocchi ben definiti ed etichette terminali (per esempio, coloranti, agenti di contrasto, società cariche). Quindi, i due elementi, peptide e polimero, cooperano per produrre materiali con una funzione unica e proprietà del tutto diverse l’una dall’altra. Qui, descriviamo lo sviluppo di strategie sintetiche per accedere a queste classi di coniugati polimerici di biomolecole. Discutiamo l’utilità dei materiali a base di poli (peptidi) in una serie di applicazioni biomediche, tra cui l’imaging dei tessuti malati (infarto del miocardio e cancro), la consegna di farmaci di piccole molecole ai tumori con alta specificità, impartendo permeabilità cellulare a peptidi altrimenti impermeabili, proteggendo i peptidi bioattivi dalla proteolisi in condizioni difficili (ad esempio, acido dello stomaco e sangue intero), e il trasporto di proteine in tipi di cellule tradizionalmente difficili da trasferire, comprese le cellule staminali. I materiali poli(peptidici) offrono nuove proprietà sia ai peptidi costituenti che ai polimeri, che possono essere sintonizzati dal design della sequenza oligopeptidica, dal grado di polimerizzazione, dalla disposizione dei peptidi sul backbone del polimero e dalla chimica del backbone del polimero. Queste proprietà stabiliscono che questo approccio è prezioso per lo sviluppo di peptidi come farmaci e materiali in una serie di impostazioni.