Nanoscale Investigation of Protein-Surface Interactions

蛋白质-表面相互作用的纳米级研究

基本信息

  • 批准号:
    7350156
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 53.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-02-06 至 2010-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The interactions and molecular structures of peptides and proteins at interfaces play an important role in a wide range of biomedical applications (implanted biomaterials, diagnostic arrays, cell cultures, tissue engineering constructs, etc.). Here we propose the development of a complementary suite of surface bioanalytical and computational tools to provide information at the nanoscale about the structures and interactions of peptides and proteins with surfaces. Initially model leucine/lysine (LK) peptides with well- defined a-helix and b-sheet secondary structures will be used to develop this tool set. The surfaces investigated will range from alkanethiol functionalized nanoparticles to nanostructured substrates. The experimental techniques used in these studies will include solid state NMR, static time-of-flight secondary ion mass spectrometry, sum frequency generation, near edge x-ray absorption fine structure, surface plasmon resonance and x-ray photoelectrdn spectroscopy. To realize the full power of these experimental techniques, complementary computational approaches will be developed to theoretically analyze the adsorption behavior of these same systems using molecular dynamics simulations. Together these experimental and computational methods will provide a comprehensive understanding at the nanoscale of the secondary structure, molecular orientation and side chain/surface interactions of surface bound peptides, and the role of interfacial water in the peptide/surface interactions and structures. Then, these methods will be extended to the nanoscale characterization of a more complex biomolecule, Protein G. The information provided by this new tool set will elucidate the design principles for attaching peptides and proteins on surfaces in well-defined structures at the nanoscale, enabling molecular-level control of protein adsorption and immobilization. This will have wide spread impact in biological applications since controlling the conformation, orientation, etc.of surface immobilized peptides and proteins at the nanoscale will directly effect bioactivity and biocompatibility of biomedical devices. The attachment of proteins and peptides to the surface of nanoparticles is a promising strategy for the early detection and treatment of cancer. Similarly, the attachment of proteins and peptides to biomedical devices holds the promise for improving the function of those devices. The tools developed in this proposal will provide understanding and information needed to optimally attach protein and peptides to surfaces.
界面处肽和蛋白质的相互作用和分子结构在A中起重要作用 广泛的生物医学应用(植入的生物材料,诊断阵列,细胞培养物,组织 工程结构等)。在这里,我们提出了互补套件的发展 生物分析和计算工具,可在纳米级提供有关结构的信息 肽和蛋白质与表面的相互作用。最初将亮氨酸/赖氨酸(LK)肽与良好建模 定义的A-螺旋和B层辅助结构将用于开发此工具集。表面 研究的范围从烷硫醇官能化的纳米颗粒到纳米结构化底物。这 这些研究中使用的实验技术将包括固态NMR,静态飞行时间二级离子 质谱,总和频率产生,靠近边缘X射线吸收精细结构,表面等离子体 共振和X射线光电谱。实现这些实验的全部力量 技术,互补的计算方法将开发出理论上分析 使用分子动力学模拟的这些相同系统的吸附行为。在一起 实验和计算方法将为纳米级提供全面的理解 二级结构,分子取向以及表面结合肽的侧链/表面相互作用, 以及界面水在肽/表面相互作用和结构中的作用。然后,这些方法将 扩展到更复杂的生物分子蛋白G的纳米级表征。 该新工具集提供的将阐明用于将肽和蛋白质附加的设计原理 纳米级处于明确定义的结构中的表面,从而使蛋白质吸附的分子水平控制能力 和固定。这将在生物应用中产生广泛的影响,因为 在纳米级处的表面固定肽和蛋白质的构象,方向等将直接 影响生物医学设备的生物活性和生物相容性。 蛋白质和肽在纳米颗粒表面的附着是早期的有前途的策略 癌症的检测和治疗。同样,蛋白质和肽的附着在生物医学设备上 持有改善这些设备功能的承诺。该提案中开发的工具将 提供最佳的蛋白质和肽在表面上所需的理解和信息。

项目成果

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