Poly(peptide): Poly(peptide): Syntes, struktur och funktion hos peptidpolymerer och proteinliknande polymerer: Synthesis, Structure, and Function of Peptide-Polymer Amphiphiles and Protein-like Polymers

Conspectus

I den här redovisningen beskriver vi organiseringen av funktionella peptider som tätt arrangerade sidokedjor på polymera ställningar, som vi introducerar som en ny klass av material som kallas poly(peptide). Vi beskriver två allmänna klasser av poly(peptid): (1) Peptide-Polymer Amphiphiles (PPA), som består av blockcopolymerer med en tät gruppering av peptider som är arrangerade som sidokedjor i det hydrofila blocket och som är kopplade till ett hydrofobt block som driver mikellsammanställningen, och (2) Protein-like Polymers (PLP), där peptidborstpolymerer är sammansatta av monomerer, som var och en innehåller en peptidsidokedja. Peptider som är organiserade på detta sätt ger polymerer eller polymera nanopartiklar en rad funktionella egenskaper som är inneboende i deras specifika sekvens. Därför kan polymerer eller nanopartiklar som annars skulle sakna bioaktivitet eller respons på stimuli, när de väl är kopplade till en valfri peptid, nu binda proteiner, tränga in i celler och vävnader, ha kontrollerade och omkopplingsbara biodistributionsmönster och vara enzymsubstrat (t.ex. för kinaser, fosfataser och proteaser). När peptidsubstrat införlivas kan kinetiskt eller termodynamiskt drivna morfologiska övergångar induceras enzymatiskt i det polymera materialet. På ett synergistiskt sätt framtvingar polymeren förändringar i peptidernas aktivitet och funktion genom att den packar och begränsar peptiden. Stommen kan skydda peptider från proteolys, ändra den farmakokinetiska profilen för en intravenöst injicerad peptid, öka det cellulära upptaget av en terapeutisk peptid som annars skulle vara cellimpermeabel, eller ändra peptidsubstrataktiviteten helt och hållet. Utöver de sekvenskontrollerade peptiderna (genererade genom syntes i fast fas) kan polymeren dessutom bära sin egen sekvensberoende information, särskilt genom levande polymerisationsstrategier som möjliggör väldefinierade block och terminala etiketter (t.ex. färgämnen, kontrastmedel, laddade delar). De två elementen, peptid och polymer, samarbetar alltså för att ge material med unika funktioner och egenskaper som är helt skilda från varandra. Här beskriver vi utvecklingen av syntetiska strategier för att få tillgång till dessa klasser av biomolekyl-polymerkonjugat. Vi diskuterar användbarheten av poly(peptid)-baserade material i en rad biomedicinska tillämpningar, inklusive avbildning av sjuka vävnader (hjärtinfarkt och cancer), leverans av småmolekylära läkemedel till tumörer med hög specificitet, ge cellpermeabilitet till annars ogenomträngliga peptider, skydda bioaktiva peptider från proteolys i tuffa förhållanden (t.ex. magsyra och helblod) och transportera proteiner till traditionellt svårtransfekterade celltyper, inklusive stamceller. Poly(peptid)material erbjuder nya egenskaper både för de ingående peptiderna och för polymererna, som kan anpassas genom utformningen av oligopeptidsekvensen, polymeriseringsgraden, peptidarrangemanget på polymerens ryggrad och kemin i polymerens ryggrad. Dessa egenskaper gör att detta tillvägagångssätt är värdefullt för utvecklingen av peptider som läkemedel och material i en rad olika miljöer.