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

Conspectus

W niniejszym opracowaniu opisujemy organizację funkcjonalnych peptydów jako gęsto ułożonych łańcuchów bocznych na rusztowaniach polimerowych, które przedstawiamy jako nową klasę materiałów zwanych poli(peptydami). Opisujemy dwie ogólne klasy poli(peptydów): (1) peptydowo-polimerowe amfifile (PPAs), które składają się z kopolimerów blokowych z gęstym zgrupowaniem peptydów ułożonych jako łańcuchy boczne bloku hydrofilowego i połączonych z blokiem hydrofobowym, który napędza tworzenie miceli, oraz (2) polimery białkopodobne (PLPs), gdzie polimery peptydowo-szczotkowe są zbudowane z monomerów, z których każdy zawiera peptydowy łańcuch boczny. Tak zorganizowane peptydy nadają polimerom lub polimerowym nanocząsteczkom szereg właściwości funkcjonalnych właściwych dla ich specyficznej sekwencji. Dlatego też polimery lub nanocząstki, które w innym przypadku nie byłyby bioaktywne lub nie reagowałyby na bodźce, po połączeniu z wybranym peptydem mogą teraz wiązać białka, wnikać do komórek i tkanek, mieć kontrolowane i przełączalne wzorce biodystrybucji oraz być substratami enzymów (np. kinaz, fosfataz, proteaz). W istocie, gdy substraty peptydowe są włączone, kinetycznie lub termodynamicznie uwarunkowane zmiany morfologiczne mogą być enzymatycznie indukowane w materiale polimerowym. Synergistycznie, polimer wymusza zmiany w aktywności i funkcji peptydu poprzez upakowanie i ograniczenie peptydu. Rusztowanie może chronić peptydy przed proteolizą, zmieniać profil farmakokinetyczny peptydu podawanego dożylnie, zwiększać wchłanianie przez komórki peptydu terapeutycznego, który w przeciwnym razie byłby nieprzepuszczalny dla komórek, lub całkowicie zmieniać aktywność substratu peptydu. Ponadto, oprócz peptydów o kontrolowanej sekwencji (generowanych w procesie syntezy w fazie stałej), polimer może nieść własną, zależną od sekwencji informację, zwłaszcza dzięki strategiom żywej polimeryzacji, pozwalającym na tworzenie dobrze zdefiniowanych bloków i etykiet końcowych (np. barwników, środków kontrastowych, naładowanych cząsteczek). W ten sposób te dwa elementy, peptyd i polimer, współpracują ze sobą, dając materiały o unikalnych funkcjach i właściwościach, zupełnie niezależnych od siebie. W niniejszym artykule opisujemy rozwój strategii syntetycznych umożliwiających dostęp do tych klas polimerowych koniugatów biomolekuł. Omawiamy użyteczność materiałów opartych na poli(peptydach) w wielu zastosowaniach biomedycznych, w tym w obrazowaniu chorych tkanek (zawał mięśnia sercowego i nowotwory), dostarczaniu leków małocząsteczkowych do guzów nowotworowych z wysoką specyficznością, nadawaniu przepuszczalności komórkowej peptydom, które w innym przypadku byłyby nieprzepuszczalne, ochronie bioaktywnych peptydów przed proteolizą w trudnych warunkach (np. kwas żołądkowy i krew pełna) oraz transportowaniu białek do tradycyjnie trudnych do transfekcji typów komórek, w tym komórek macierzystych. Materiały poli(peptydowe) oferują nowe właściwości zarówno składającym się na nie peptydom jak i polimerom, które można dostosować poprzez zaprojektowanie sekwencji oligopeptydów, stopnia polimeryzacji, rozmieszczenia peptydów na szkielecie polimeru oraz chemię szkieletu polimeru. Właściwości te czynią to podejście wartościowym dla rozwoju peptydów jako leków i materiałów w wielu zastosowaniach.