Poly(peptide): Synthese, structuur en functie van peptide-polymeer amfifielen en eiwitachtige polymeren

Conspectus

In dit boek beschrijven we de organisatie van functionele peptiden als dicht op elkaar geplaatste zijketens op polymeer scaffolds die we introduceren als een nieuwe klasse van materialen genaamd poly(peptide). Wij beschrijven twee algemene klassen van poly(peptide): (1) Peptide-Polymeer Amfifielen (PPA’s), die bestaan uit blokcopolymeren met een dichte groepering van peptiden geordend als de zijketens van het hydrofiele blok en verbonden met een hydrofoob blok dat de micelvorming aanstuurt, en (2) Eiwitachtige Polymeren (PLP’s), waarbij peptide-borstelpolymeren zijn samengesteld uit monomeren, die elk een peptide zijketen bevatten. Op deze wijze georganiseerde peptiden verlenen polymeren of polymere nanodeeltjes een reeks functionele eigenschappen die inherent zijn aan hun specifieke sequentie. Daarom kunnen polymeren of nanodeeltjes die anders geen bioactiviteit zouden hebben of niet zouden reageren op stimuli, nu, eenmaal gekoppeld aan een peptide naar keuze, eiwitten binden, cellen en weefsels binnendringen, gecontroleerde en veranderlijke biodistributiepatronen hebben, en enzymsubstraten zijn (b.v. voor kinasen, fosfatasen, proteasen). Wanneer peptidesubstraten worden opgenomen, kunnen kinetisch of thermodynamisch gestuurde morfologische overgangen in het polymere materiaal enzymatisch worden geïnduceerd. Synergetisch gezien dwingt het polymeer veranderingen in de peptideactiviteit en -functie af door de peptide in te pakken en te beperken. De steiger kan peptiden beschermen tegen proteolyse, het farmacokinetische profiel van een intraveneus geïnjecteerd peptide veranderen, de cellulaire opname van een anders ondoordringbaar therapeutisch peptide verhogen, of de activiteit van het peptidesubstraat volledig veranderen. Bovendien kan het polymeer, naast de sequentiegecontroleerde peptiden (gegenereerd door synthese in vaste fase), zijn eigen sequentieafhankelijke informatie dragen, met name door levende polymerisatiestrategieën die goed gedefinieerde blokken en eindlabels (b.v. kleurstoffen, contraststoffen, geladen groeperingen) mogelijk maken. De twee elementen, peptide en polymeer, werken dus samen om materialen te verkrijgen met unieke functies en eigenschappen die sterk van elkaar verschillen. Hier beschrijven we de ontwikkeling van synthetische strategieën om toegang te krijgen tot deze klassen van biomoleculen-polymeerconjugaten. We bespreken het nut van op poly(peptide)-gebaseerde materialen in een reeks biomedische toepassingen, waaronder beeldvorming van zieke weefsels (myocardinfarct en kanker), het afleveren van kleine moleculegeneesmiddelen aan tumoren met hoge specificiteit, het verlenen van celpermeabiliteit aan anders ondoordringbare peptiden, het beschermen van bioactieve peptiden tegen proteolyse in barre omstandigheden (b.v. maagzuur en volbloed), en het transporteren van proteïnen in traditioneel moeilijk te transfecteren celtypes, waaronder stamcellen. Poly(peptide)-materialen bieden nieuwe eigenschappen aan zowel de samenstellende peptiden als aan de polymeren, die kunnen worden afgestemd door het ontwerp van de oligopeptidesequentie, de polymerisatiegraad, de rangschikking van de peptiden op de polymeerruggengraat, en de chemie van de polymeerruggengraat. Deze eigenschappen maken deze benadering waardevol voor de ontwikkeling van peptiden als geneesmiddelen en materialen in een reeks van omgevingen.