现在，西北大学的研究人员使用一种新颖的方法来排列分子，他们创造了一种比他们试图模仿的胶水性能更好的材料。他们的研究结果将于3月3日发表在《科学》杂志上美国化学学会杂志，详细介绍了如何将这些类蛋白质聚合物用作创造新材料和治疗方法的平台。

西北大学的Nathan Gianneschi说:“这种聚合物可以用作生物医学领域的粘合剂，这意味着现在你可以把它粘在身体的特定组织上。”“并将其他分子保持在一个地方，这对伤口愈合或修复很有用。”

Gianneschi领导了这项研究，他是西北大学温伯格艺术与科学学院的Jacob和Rosaline Cohn化学教授。

贻贝足分泌的蛋白质在自然界中随处可见。进化已经形成了一种习惯，创造出这些长而线性的氨基酸链，这些氨基酸链一遍又一遍地重复(称为串联重复蛋白，简称TRPs)。这种蛋白质框架有时具有弹性、强度和粘性，出现在昆虫的翅膀和腿、蜘蛛丝和贻贝的脚上。科学家们知道构成许多这类蛋白质的氨基酸的确切初级序列，但在复制复杂的自然过程的同时仍保持其非凡的品质方面存在困难。

这篇论文的第一作者Or Berger是Gianneschi实验室的博士后研究员，他研究肽——这些氨基酸链——他提出了一个想法，即如何以不同的方式排列氨基酸构建块来复制这些特性，而不是直接复制贻贝蛋白质的结构。

伯杰认为，通过将其中一种蛋白质(重复十肽，由10个氨基酸组成的贻贝足蛋白序列)的构建块插入合成聚合物中，其性能可能会得到增强。

作为国际纳米技术研究所(International Institute for Nanotechnology)的副所长，Gianneschi围绕着利用聚合物化学模拟蛋白质功能的想法建立了他的实验室。在精确治疗中，像抗体和其他小分子这样的药物疗法可以对抗一些疾病，其中纳米载体被用来更有效地将药物输送到目标。但是Gianneschi说，复制蛋白质可以通过改变参与疾病进展的细胞内部和细胞之间的相互作用，或者细胞、组织和材料之间的相互作用，以不同的方式解决生物学问题。

Gianneschi说:“蛋白质将氨基酸排列成链，但我们将它们平行排列在密集的合成聚合物主链上。”“这与我们在控制特定生物相互作用方面开始做的事情是一样的，所以我们将用于未来治疗的相同平台技术在材料科学中确实变得非常有趣。”

结果是看起来像一刷多肽，而不是像一条链一样把氨基酸环在一起。虽然这个新过程看起来像是增加了一个额外的步骤，但形成蛋白质样聚合物(PLPs)跳过了几个步骤，要求研究人员在一个现成的合成器中形成肽，并将它们插入紧密排列的主链中，而不是经历繁琐的蛋白质表达步骤。

为了测试这种新材料的功效，研究人员将聚合物材料或天然贻贝蛋白涂在玻璃板上。研究人员将细胞放在培养皿上，然后在洗涤后，评估有多少细胞存在，无论附着与否，以衡量材料的表现如何。他们发现，与天然混合物和未经处理的平板相比，PLP形成了一种细胞超级胶，留下了最多的细胞。

伯杰说:“我们实际上并没有想要改善贻贝的特性。”“我们只是想模仿它，但是当我们在几种不同的分析中对它进行测试时，我们实际上在这些环境中获得了比天然材料更好的性能。”

该团队希望该模型可以广泛应用于其他重复其序列的蛋白质，以一种新的方式获得复制蛋白质的功能。他们假设这样的平台可以比本地平台表现得更好，因为它们更密集、可扩展。Gianneschi说，这是许多讨论基于聚合物的蛋白质模拟物的论文中的第一篇，他已经在考虑未来材料的应用。

例如，在昆虫的腿和翅膀中发现的一种有弹性的蛋白质——弹性蛋白，可以用来制造柔性无人机和其他机器人。

“当你谈到聚合物时，有些人会立即想到塑料袋和瓶子，”Gianneschi说。“相反，这些都是非常实用的、先进的精密材料，可以获得。”

Gianneschi和Berger是这一领域待定知识产权的发明者。Gianneschi也是麦考密克工程学院生物医学工程和材料科学与工程教授，也是西北大学生命过程化学研究所、Simpson Querrey研究所和Robert H. Lurie综合癌症中心的成员。他是Grove Biopharma公司的联合创始人，该公司致力于开发这些材料的转化疗法。