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Ligand Binding Sites

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Proteins are dynamic macromolecules that carry out a wide variety of essential processes; however, the activities of most proteins depend on their interactions with other molecules or ions, known as ligands.
Protein-ligand interactions are quite specific; even though numerous potential ligands surround a cellular protein at any given time, only a particular ligand can bind to that protein. Moreover, a ligand binds only to a dedicated area on the surface of the protein, known as the...
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Synthetic Biology02:55

Synthetic Biology

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Synthetic biology is an interdisciplinary science that involves using principles from disciplines such as engineering, molecular biology, cell biology, and systems biology. It involves remodeling existing organisms from nature or constructing completely new synthetic organisms for applications such as protein or enzyme production, bioremediation, value-added macromolecule production, and the addition of desirable traits to crops, to name a few.
Golden rice
Golden rice is a genetically modified...
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iChip

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The cultivation of environmental microorganisms has long been hindered by the inability to replicate complex native conditions in vitro. The isolation chip (iChip) addresses this limitation by facilitating the growth of previously uncultivable microorganisms through in situ incubation. Designed for high-throughput microbial cultivation, the iChip comprises hundreds of microchambers, each capable of housing a single microbial cell. These microchambers are loaded with a mixture of molten agar and...
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Ingeniería bioortogonal de microambientes celulares utilizando ligaduras isonitrílicas

Ping Zhou1, Lauren Brown2, Christopher M Madl1

  • 1Department of Materials Science & Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA.

Advanced functional materials
|August 21, 2025
PubMed
Resumen

Las nuevas ligaduras bioortogonales de isonitril ofrecen un enlace cruzado de hidrogel avanzado para la ingeniería de tejidos. Esto expande el control de las propiedades del material, lo que permite una regulación precisa del comportamiento celular y el cultivo celular a largo plazo.

Palabras clave:
Química bioortogonalmatrices extracelulares de ingenieríaHidrogeles y sus derivadosLigado de isonitrilMateriales de proteínas recombinantes

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Área de la Ciencia:

  • Ciencia de los biomateriales
  • Ingeniería de tejidos
  • Química de los polímeros

Sus antecedentes:

  • Los hidrogeles son andamios cruciales en la ingeniería de tejidos, imitando la matriz extracelular.
  • Los métodos de enlace cruzado actuales a menudo implican condiciones reactivas, lo que limita el control de las propiedades del material y el destino de la célula.
  • Las químicas bioortogonales existentes para la formación de hidrogel son limitadas, lo que restringe el ajuste independiente de las características del material.

Objetivo del estudio:

  • Introducir las ligaduras de isonitril como una nueva estrategia bioortogonal para el enlace cruzado de hidrogel.
  • Ampliar el conjunto de herramientas bioortogonales disponibles para un control preciso de las propiedades del hidrogel.
  • Desarrollar hidrogeles avanzados para aplicaciones de medicina regenerativa.

Principales métodos:

  • Se han investigado las ligaduras isonitrílicas con los grupos funcionales clorooxima (ChO), tetrazina (Tz) y azometina imina (AMI).
  • Hidrogeles de polietileno glicol (PEG) sintetizados mediante ligadura isonitril-ChO.
  • PEG funcionalizados por ChO combinados con proteínas similares a las elastinas (ELP) funcionalizadas por isonitril.
  • Propiedades del hidrogel evaluadas, incluida la cinética de la gelación, la estabilidad mecánica y la biocompatibilidad.
  • Se evaluó la ortogonalidad de la ligadura isonitrile-ChO con la cicloadición azida-alquina.

Principales resultados:

  • Se ha demostrado la formación de hidrogel mediante ligaduras isonitrile-ChO, isonitrile-Tz y isonitrile-AMI.
  • La ligadura de isonitrile-ChO exhibió una cinética de gelación y propiedades mecánicas óptimas.
  • Los hidrogeles de PEG entrelazados a través de la ligadura isonitrile-ChO mostraron una rápida gelación, elasticidad, estabilidad y biocompatibilidad.
  • El control simultáneo de la conectividad de la red y la presentación del ligando se logró mediante el uso de hidrogeles PEG-ELP, que regulan la propagación celular.
  • Se ha confirmado la ortogonalidad de la ligadura isonitrile-ChO a la cicloadición azida-alquina para la funcionalización independiente del hidrogel.

Conclusiones:

  • Las ligaduras de isonitril representan una plataforma versátil y biocompatible para el enlace cruzado de hidrogel.
  • La ligadura de isonitrile-ChO proporciona un método robusto para crear hidrogeles avanzados con propiedades sintonizables.
  • Estos hidrogeles apoyan el cultivo a largo plazo de diversos tipos de células humanas para la medicina regenerativa.
  • La ortogonalidad demostrada permite la modificación secuencial y bioortogonal de hidrogeles dentro de entornos de células vivas.