[發明專利]具有集成的基因可編程功能的基于淀粉樣蛋白的基礎構建材料

在審

• 申請號: 201980039910.1
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN112368297A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 鐘超;李穎風;李柯
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: C07K14/47
• 分類號: C07K14/47;C07K14/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

一種材料制造方法，包括：(a)由包含穩定在液體溶劑中的淀粉樣蛋白單體的可編程淀粉樣蛋白材料(PAM)油墨制造結構；和(b)使所述結構與引發淀粉樣蛋白單體聚合和結構穩定的試劑接觸。

簡介

各種行業的研究人員不斷尋求新的軟材料，包括仿生材料，其提供功能靈活性并且可以使用標準制造技術將其制成有用的結構。在材料科學領域中受到相當多研究關注的一些流行的仿生和生物材料尤其包括肽、脂質、DNA、絲和噬菌體外殼蛋白，其各自都有自身的屬性和局限。例如，肽、脂質和DNA可以用于可編程組裝，但不適用于基于蛋白結構域的功能的基因工程。供選擇地，絲和噬菌體外殼蛋白適合與多種制造技術如光刻、印刷和紡絲一起使用，并且原則上適合于基因工程功能。但是，應用受到了限制，并且由這些材料構建的結構通常無法提供強的長期穩定性，尤其是在苛刻條件下。

天然生物膜可以高度地抵御苛刻的環境條件，并且細菌生物膜為生物材料的探索提供了豐富的資源。組成這些膜的組分的關鍵功能屬性之一是它們跨多個空間尺度自組裝成復雜且有序的分層結構的固有能力。例如，Curli是一類由自組裝的CsgA蛋白單體構建的高度聚集的分泌型細胞外細菌淀粉樣蛋白纖維，并且參與表面定植和生物膜形成。Curli富含β折疊，非常牢固，可以幫助細菌粘附至各種表面并抵御環境損害。功能性淀粉樣蛋白材料相對于噬菌體外殼功能性材料的理論優勢在很大程度上源于形成其β折疊的氨基酸的特定化學組成。具體地，最終形成淀粉樣蛋白聚合物的單體蛋白大量地富含絲氨酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和谷氨酸，這些氨基酸易于形成復雜的氫鍵網絡；已知這些氫網絡是淀粉樣蛋白生物膜高度抵御苛刻條件的主要來源。在這里，我們利用淀粉樣蛋白單體的自組裝能力來生成一類新的功能性生物材料，我們將其稱為可編程淀粉樣蛋白材料(PAM)。

發明概述

本發明提供包含可編程淀粉樣蛋白材料(PAM)的組合物，以及相關的制造和使用方法。

在一個方面，本發明提供一種材料制造方法，所述方法包括：(a)由包含穩定在液體溶劑中的淀粉樣蛋白單體的可編程淀粉樣蛋白材料(PAM)油墨制造結構；和(b)使所述結構與引發淀粉樣蛋白單體聚合和結構穩定(固化)的試劑接觸。

在實施方案中：

-所述制造步驟包括微轉移模塑、壓花、旋涂、浸涂、靜電紡絲、噴涂、刷涂、光刻、靜電紡絲等。

-所述淀粉樣蛋白單體是CsgA、FUS、TDP、TasA等。

-所述單體例如在(例如，CsgA的)C和/或N末端被一個或多個官能團官能化，所述官能團包括活性酶，異肽標簽系統如Spy標簽，細胞親和標簽如RGD，或其他功能性肽如抗菌肽，細胞增殖或分化，無機納米顆粒的模板化生長。

-所述溶劑是極性溶劑，如HFIP、TFA等，其充當強氫鍵給體，并且通過氫鍵破壞來增溶淀粉樣蛋白，但是作為弱的氫鍵受體起作用，并且不與淀粉樣蛋白單體形成鍵，其中所述溶劑可以隨時間推移溶解淀粉樣蛋白結構并破壞β折疊結構。

-所述固化劑是醇，如甲醇、乙醇、異丙醇和PEG，H₂O(包括緩沖液KPI、PBS、Tris)，其可以引發內在淀粉樣蛋白組裝但維持所產生的結構的原始形態。

-所述接觸(固化)步驟包括兩步固化：在氣相中與第一固化劑的第一接觸，以及在液相中與第二固化劑的第二接觸，其中所述第一和第二固化劑優選是相同的。對于具有非圖案化結構的PAM涂層，在溶液中的一步固化通常就足夠；但是，兩步固化(蒸氣然后溶液)是優選的，特別是對于PAM圖案化結構。為了用其他試劑(例如ddH₂O、KPI緩沖液或異丙醇)固化圖案化結構，兩步固化方法也是優選的；但是，與使用甲醇蒸氣加上(coupled with)甲醇浸入的固化相比，該固化通常需要更長的時間，因為與甲醇相比，H₂O和異丙醇的揮發性較小。