Medsebojno delovanje med fibrili sirotkinih beljakovin in ogljikovimi nanocevkami ali ogljikovimi nano-čebulami 1. del

Povzetek: Fibrile izolata sirotkinih beljakovin (WPI) smo pripravili s postopkom indukcije kislinske hidrolize.

Ker ljudje vse več pozornosti posvečajo zdravemu načinu življenja, je spomin postopoma postal vroča tema zaskrbljenosti. Vlaknine so živilska sestavina, ki jo mnogi ljudje na splošno prezrejo. Tesno je povezana tudi z zdravjem ljudi.

Vlaknine so neprebavljiva rastlinska celuloza, ki lahko spodbuja črevesno peristaltiko, pospešuje defekacijo, absorbira in znižuje krvne lipide, krvni sladkor in holesterol v človeškem telesu ter zmanjšuje pojav debelosti in bolezni srca in ožilja. Poleg tega lahko vlakna uravnavajo ravnovesje črevesne mikroekologije, spodbujajo absorpcijo hranil in izboljšajo imunost.

Hkrati vse več raziskav dokazuje, da je fibril tesno povezan tudi s spominom. Uživanje vlaknin lahko spodbuja zdravje črevesja, izboljša človeško presnovno funkcijo in izboljša telesno odpornost. Te so tesno povezane s človeškim živčnim sistemom, zdravje živčnega sistema pa je eden od pomembnih temeljev človekovega zdravja.

Poleg tega lahko hranila, kot so vitamin B, vitamin E in cink, bogata z vlakninami, spodbujajo normalen razvoj in delovanje živčnega sistema, izboljšajo človeško kognicijo in sposobnost učenja ter izboljšajo spomin.

Če povzamemo, fibril lahko med spodbujanjem fizičnega zdravja izboljša tudi človeški spomin in inteligenco. Razviti moramo dobre prehranjevalne navade in ustrezno povečati vnos živil, ki vsebujejo surove vlaknine, kot so oves, sladki krompir in zelena listnata zelenjava, da ohranimo dobro zdravje in spodbujamo zdrav razvoj živčnega sistema. Spomin nam pomaga, da se hitro učimo in si prizadevamo za višjo kakovost življenja, zato bi morali biti pozitivni. Vidi se, da moramo izboljšati svoj spomin, in Cistanche lahko bistveno izboljša spomin, saj lahko uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev, ki so zelo pomembni za spomin in učenje. Poleg tega lahko Cistanche izboljša pretok krvi in ​​spodbuja dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani dobijo dovolj hranil in energije, s čimer se izboljša vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite poznajte dodatke za izboljšanje spomina

Ogljikove nanocevke (CNT) in ogljikove nano-čebule (CNO) so bile izdelane s katalitsko kemičnim naparjevanjem (CVD) metana. WPI fibril–CNT in WPI fibril–CNO so bili pripravljeni s hidrotermalno sintezo pri 80 ◦C.

Kompozite smo karakterizirali s SEM, TEM, FTIR, XRD, Raman in TG analizami. Preučeno je bilo medsebojno delovanje med vlakni WPI CNT in CNO. Vlakna WPI s CNT in CNO so tvorila enotne gele in filme. CNT in CNO so bili visoko razpršeni v gelih. Hidrogeli WPI fibril s CNT (ali CNO) so lahko novi materiali z aplikacijami v medicini ali na drugih področjih.

CNT in CNO so skrajšali WPI fibrile, kar bi lahko imelo pomembno raziskovalno vrednost za zdravljenje bolezni fibroze, kot sta Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen. FTIR je razkril, da so imeli tako CNT kot CNO interakcije z vlakni WPI.

XRDanaliza je pokazala, da je bila večina CNT ovitih v vlakna WPI, medtem ko so bili CNO delno oviti. To je pomagalo povečati biokompatibilnost in zmanjšati citotoksičnost CNT in CNO. Študije HR-TEM in ramanske spektroskopije so pokazale, da je stopnja grafitizacije CNT višja kot pri CNO.

Po hibridizaciji z vlakni WPI je bilo v CNT ustvarjenih več napak, vendar so bile nekatere prvotne napake v CNO zavrnjene. Rezultati TG so pokazali, da je nastala nova faza WPIfibril-CNT ali CNO.

Ključne besede: fibrile sirotkinih beljakovin; ogljikove nanocevke; ogljikove nano-čebule; kompoziti; interakcija.

1. Uvod

Sirotkine beljakovine so običajne in jih je enostavno pridobiti iz govejega mleka. Praktičnega pomena je bilo pripraviti fibrile iz izolata sirotkinih beljakovin (WPI). Dandanes so pomembno raziskovalno področje samosestavljive damiloidne fibrile na osnovi komponent sirotke [1–3].

Na splošno amiloidne fibrile izhajajo iz povezave z amiloidozo. Na primer, isletamiloidni peptid je povezan s sladkorno boleznijo, -amiloidni protein pa je povezan z Alzheimerjevo boleznijo [4].

Proteinske fibrile je mogoče sintetizirati tudi in vitro. Poleg tega lahko laktoglobulin (-lg) sam sestavi fibrilarne proteine ​​[5,6]. -lg je globularni protein z molekulsko maso 18.400 g·mol−1 in polmerom približno 2 nm [7].

Lahko inducira tvorbo fibrilov pri dolgotrajnem segrevanju (6–24 ur) pri 80 ◦C in ima pH 2 ter nizko ionsko moč [8]. Povprečna dolžina fibril je 1–8 µm, premer približno 4 nm [9].

Beljakovinski material v teh vlaknih držijo skupaj medmolekularne -plošče [10]. Med nastajanjem vlaken se količina -plošč poveča. Ogljikove nanocevke (CNT) so votle cevi iz večslojnih grafitnih plošč, ki se vrtijo in zvijajo okoli iste osi. pod določenim kotom [11].

Njihovi premeri segajo od 0.4 (SWCNT) do 100 nm (MWCNT); njihova dolžina lahko doseže več mikronov; in imajo vrhunske mehanske lastnosti, kemično stabilnost in veliko specifično površino [12]. Ogljikove nanocevke se pogosto uporabljajo kot polnilni materiali za pripravo nanokompozitov za izboljšanje mehanskega obnašanja matričnih materialov.

Biološke uporabe ogljikovih nanocevk so bile prav tako obsežno raziskane, na primer v biosenzorjih, dostavi zdravil in cepiv, tkivnem inženiringu [13] in novih biomaterialih [14]. Vendar imajo nedotaknjeni CNT slabo topnost in potencialno citotoksičnost [15]. Pritrjene biomakromolekule, kot so beljakovine, DNK in RNK, lahko spodbujajo disperzijo CNT [16].

Fizične interakcije z biomakromolekulami lahko spremenijo njihovo biološko aktivnost in vivo [17]. Po funkcionalizaciji in modifikaciji lahko CNT naložijo različne vrste zdravil za ciljne namene [18]. Sistemi, ki temeljijo na biokompatibilnih CNT, lahko naložijo več terapevtskih, ciljnih in sondirnih sredstev za zdravljenje raka.

Dokazano je bilo, da lahko funkcionalizirane CNT prečkajo plazemsko membrano z različnimi mehanizmi, zlasti z endocitozo [19–21]. Ogljikove nano-čebule (CNO) obsegajo več koncentričnih lupin fulerenov.

Njihove strukture kletka v kletki ustvarjajo nekatere edinstvene fizikalno-kemične lastnosti. Za razliko od drugih ogljikovih alotropov [22, 23] so CNO enako pomembni kot CNT in fulereni, ki so idealni za aplikacije za dostavo zdravil zaradi svoje sposobnosti, da ostanejo v sistemskem obtoku več ur, kar poveča njihove možnosti za dostop do ciljnega mesta [24–28].

V tkivnem inženiringu modificirani CNO odri kažejo sposobnost regeneracije tkiva [28]. Daljnje rdeče fluorescenčne CNO so bile razvite za namene celičnega slikanja [29].

Kljub temu neizmernemu potencialu se zdi, da je bila vloga tega novega nano-sistema na področju biomedicine dolga leta spregledana. Raziskave sistemov proteinske fibrile–ogljikov nanomateriali bodo imele velik pomen pri zdravljenju človeških bolezni, zmanjševanju citotoksičnosti ogljikovih nanomaterialov in razvoju novih tehnologij.

Tvorba amiloidnih fibril in vivo bi lahko vodila do različnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova nevrodegenerativna bolezen. Raziskovalci iščejo snovi, ki bi lahko zavirale amiloidno fibrozo ali uničile amiloidne fibrile [30,31]. Tabela 1 povzema nekatere študije o medsebojnem delovanju ogljikovih nanomaterialov z amiloidnimi vlakni [32].

Nekatere študije so pokazale, da lahko ogljikovi nanomateriali medsebojno delujejo z različnimi biološkimi proteini [33]. CNT so prekrite z adsorbiranimi biološkimi makromolekulami v biološki raztopini zaradi njihove visoke specifične površine in hidrofobne površine [34].

Adsorbirani proteini se zberejo na površini ogljikovih nanomaterialov in tvorijo "proteinsko krono" [34]. Interakcija med CNT in proteini ima tudi pomembno vlogo pri tvorbi -listov.

Ghule et al. ugotovili, da večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT) zagotavljajo interakcijske površine za adsorpcijo ali inkapsulacijo proteinov. To bi lahko zaviralo sposobnost nepolarne površine proteinov, da vežejo proteinske fibrile, s čimer bi preprečili nadaljnjo fibrozo proteina [35].

Jana in Sengupta [36] ter Wei et al. [37] so preučevali samosestavljanje A-peptida v prisotnosti enostenskih ogljikovih nanocevk (SWCNT) z uporabo simulacije molekularne dinamike (MD). A-peptid je kratek amfifilni peptid, njegova agregacija pa je tesno povezana s patogenezo Alzheimerjeve bolezni [38]. Močan hidrofobni učinek CNT lahko pomaga locirati peptide na površini SWCNT.

To preprečuje difuzijo in zavira fibrozo peptidov. Beljakovine, kot so inzulin, lizocim, -laktoglobulin in citokrom c, lahko tvorijo vzorec na grafitu [39,40]. Ta grafit z nanovzorci je sposoben usmerjati poravnavo amiloidnih vlaken [39]. Raziskana je bila tudi interakcija med fulereni in beljakovinskimi materiali.

Z meritvami fluorescence ThT sta Kim in Lee ugotovila, da lahko fuleren zavira fibrozo beljakovin. Fuleren se lahko specifično veže na osrednji hidrofobni motiv KLVFF in tako ovira agregacijo A-peptida [41].

Ugotovljeno je bilo, da hidratirani fulereni ne morejo samo uničiti zrelih amiloidnih fibril, ampak tudi preprečiti nastanek novih fibril [42]. Podolski et al. ugotovili, da lahko hidratirani fulereni učinkovito blokirajo agregacijo A 25–35 [43].

Obstaja malo študij o medsebojnem delovanju med CNO in amiloidnimi fibrili. CNO so nov alotrop z nizko toksičnostjo in dobro biokompatibilnostjo. Zaželena je študija interakcije med CNO in amiloidnimi fibrili.

Po drugi strani so bili nekateri ogljikovi nanomateriali kombinirani z biološkimi makromolekulami za pripravo hibridnih nanokompozitov za tkivno inženirstvo ali dostavo zdravil zaradi njihovih mehanskih in električnih prednosti [55–57].

Amiloidna vlakna imajo tudi določeno mehansko obnašanje in aminokislinske površine, ki se uporabljajo za pripravo nanožic [58], hidrogelov [59], vlaknatih celičnih ogrodij [60,61] in trdnih funkcionalnih organskih filmov [62]. Proteini so pritrjeni na površine CNT v obliki monomerov ali oligomerov [63,64], da se izboljša njihova topnost v vodi in zmanjša njihova citotoksičnost.

CNT spremenijo strukturne lastnosti proteinskih fibril s hibridizacijo in rekombinacijo za ciljno dostavo terapevtskih zdravil in vivo in uničenje rakavih celic [64,65]. Hendler et al. uporabil metodo "so-sestavljanja" za oblikovanje hibridnih amiloidno-fuleren kompozitnih vlaken [66], ki se uporabljajo za pripravo nanomarkerjev za ločevanje barv, diagnostičnih materialov in optoelektronskih naprav.

Posebne lastnosti proteinskih vlaken in ogljikovih nanomaterialov (kot so mehanske in elektromagnetne lastnosti ogljikovih nanomaterialov in biološke lastnosti proteinskih materialov) lahko koristijo druga drugi, njihova kombinacija pa bo močno razširila obseg uporabe teh dveh vrst nanomaterialov.

Vendar je še dolga pot do popolnega razumevanja interakcije med beljakovinskimi vlakni in ogljikovimi nanomateriali. V tej raziskavi smo proučevali interakcijo WPI fibril s CNT (ali CNO) in karakterizirali kompozite WPI fibril–CNT (ali CNO) s SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR in TG. Vlakna WPI so bila pripravljena s postopkom indukcije kislinske hidrolize. Kompoziti vlaken WPI–CNT (ali CNO) so bili izdelani s hidrotermalno sintezo.

2. Materiali in metode

2.1. Tvorba fibril WPI

WPI-1 je bil kupljen pri Davisco Foods International Inc. (97,8 % brez lecitina, NM, ZDA) in WPI-2 je bil kupljen pri Hilmar Ingredients (90,39 % z lecitinom, Hilmar, CA, ZDA).

Osnovno raztopino (približno 6 mas. %) smo naredili z raztapljanjem WPI v vodi Millipore. pH raztopine smo nato naravnali na 4,75 z dodajanjem 1 M HCl, čemur je sledilo centrifugiranje (10, 000 rpm, 60 min, 4 ◦C) in filtracija supernatanta (FP 030/ 0,45 µm, Schleicher in Schuell). Po filtraciji je bil pH filtrirane raztopine nastavljen na 2 z uporabo 6 M HCl.

Koncentracijo beljakovin v osnovni raztopini smo določili z UV-spektrofotometrom (UV-1800PC, MAPADA, Šanghaj, Kitajska) in umeritveno krivuljo znanih koncentracij WPI pri valovni dolžini 278 nm.

Osnovno raztopino smo razredčili na koncentracijo proteina 2 mas. % z raztopino HCl s pH 2. Raztopino WPI smo nato segrevali in mešali (približno 290 vrt/min) 20 ur pri 80 °C, da so nastali fibrili.

2.2. Priprava CNT in CNO

2.2.1. Priprava CNT

Priprava katalizatorja La2NiO4: La(NO3)3·6H2O in Ni(NO3)2·6H2O (molarno razmerje La/Ni=2:1) raztopimo v deionizirani vodi, nato dodamo citronsko kislino. Raztopino smo med mešanjem 1 uro segrevali pri 80 ◦C in nazadnje se je spremenila v koloidno snov.

Koloidno snov smo kalcinirali v mufelni peči (10 ◦C/min na zraku; 300 ◦C 1 uro, nato 800 ◦C 5 ur). katalitični reaktor s trdnim plinom je bil sprejet za CVD na metan za izdelavo CNT.

Katalizator La2NiO4 (0,5 g) smo dali v kvarčne čolne v cevastem kvarčnem reaktorju. Najprej smo uporabili dušik (30 ml/min) za 30-minutno izpiranje reaktorja, nato pa vodik (10 ml/min) za redukcijo La2NiO4 pri 600 ◦C 1 uro.

Nato smo plin preklopili na metan (60 mL/min) za katalitsko CVD pri 800 ◦C 8 ur, da smo sintetizirali CNT. Čiščenje CNT: CNT, pomešane s katalizatorji, smo očistili v 0,1 M dušikovi kislini pri 80 ◦ C ob mešanju 5 h.

Filtriramo in petkrat speremo z deionizirano vodo. Nazadnje vzorec sušimo pri 120 ◦C 6 ur.

2.2.2. Priprava CNO

Predobdelava mrežnega nosilca iz nerjavečega jekla: Mreže iz nerjavečega jekla SS316 z merami 20 mm × 20 mm so bile ultrazvočno očiščene 30 minut v 0,1 M raztopini HCl. Nato so bile teme postavljene v cevni kvarčni reaktor.

V kvarčno cev smo uvedli vodno paro, ki nosi dušik (vodna para 90 ◦C). Kvarčno cev smo 1 uro segrevali na 300 ◦C. Površino nerjavečega jekla smo po takšni obdelavi uporabili kot nosilec katalizatorja.

Nalaganje katalizatorja: Zgoraj predhodno obdelana mreža iz nerjavečega jekla je bila potopljena v raztopino nikeloksalata. Med mešanjem 1 uro smo dodali citronsko kislino. Raztopino smo segreli pri 80 ◦C in končno spremenili v koloid. Koloidne mreže in mrežice iz nerjavečega jekla so bile vstavljene v lonček in 3 ure kalcinirane v mufelni peči (Zhonghuan, Tianjin, Kitajska) pri 900 ◦C (10 ◦C/min, na zraku).

Končno je bila pridobljena mreža iz nerjavečega jekla, napolnjena s katalizatorjem. Katalitični CVD metana za izdelavo CNO [67]: Uporabljen je bil tudi plinsko-trdni reaktor s fiksno posteljo (Zhonghuan, Tianjin, Kitajska). Mrežasti katalizator iz nerjavečega jekla je bil postavljen v kvarčno cev.

Dušik (30 ml/min) smo uporabili za splakovanje reaktorja pri sobni temperaturi 1 uro, nato smo temperaturo dvignili na reakcijsko temperaturo 900 ◦C in dušik zamenjali z metanom (30 ml/min) za 8 ur za katalitski kreking .

Končno so metan spremenili nazaj v dušik in reaktor ohladili na sobno temperaturo. Na koncu smo odstranili mrežasti katalizator iz nerjavečega jekla in CNO. Čiščenje CNO: Vzorec CNO smo najprej presejali, da smo odstranili proste delce katalizatorja.

Nato smo ga zmešali s koncentrirano HNO3 in refluktirali pri 90 ◦C 40 ur. Po razredčitvi in ​​ohlajanju smo 10 minut centrifugirali pri 4000 obratih na minuto in kislinsko raztopino odstranili.

Preostale CNO so bile večkrat temeljito izprane z destilirano vodo, dokler niso dosegli nevtralnega pH. Nazadnje so bili prečiščeni CNO posušeni.

2.3. Priprava WPI fibril-CNT (ali CNO)

WPI fibril-CNT (ali CNO) so bili sintetizirani s hidrotermalno metodo. CNT (ali CNO) s koncentracijami {{0}}.05 mas. %, 0,10 mas. % in 0,15 mas. % so bili zmešani v deionizirani vodi in 30 minut obdelani ultrazvočno, da se razpršijo. čim bolje.

Dodali smo enak volumen raztopine WPI fibril in mešali z magnetnim mešalom 30 minut. Zmes smo nato zlili v avtoklavni reaktor (Hongchen, Xi'an, Kitajska) za hidrotermalno reakcijo (80 ◦C, 20 h).

Nato smo produkt ohladili na sobno temperaturo, avtoklav odprli in zmes vzeli ven. Produkt smo 48 h sušili v sušilniku (60 ◦C).

For more information:1950477648nn@gmail.com