DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07034-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38418913
تاريخ النشر: 2024-02-28
المؤلف: Hailin Fu وآخرون
الموضوع الرئيسي: التجميع الذاتي فوق الجزيئي في المواد
طرق
في قسم الطرق، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في بحثهم، مع التأكيد على النقاء العالي لجميع المواد الكيميائية والمركبات التي تم الحصول عليها من الموردين التجاريين. تشمل المركبات الرئيسية UPy-Gly وBTA-EG 4 وBTA-Glc من SymoChem، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من مشتقات بولي إيثيلين جلايكول (PEG) وفلوريسئين إيزوثيوسيانات (FITC) من Creative PEGWorks وSigma-Aldrich. ومن الجدير بالذكر أنه تم دمج الدكستران-FITC والدكستران 500، حيث كان الأخير من نوعية صيدلانية.
يذكر المؤلفون أن UPy-COOH تم تصنيعه وفقًا للبروتوكولات المعتمدة، بينما تم الإشارة إلى تخليق BTA-Cy5 من عملهم السابق. بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم مسار تخليق UPy-Cy5 في المعلومات التكميلية، مما يدل على نهج شامل في إعداد المواد والتخليق ذات الصلة بتصميمهم التجريبي.
نقاش
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون القوى الدافعة وراء فصل الطور السائل-السائل (LLPS) في البوليمرات فوق الجزيئية القابلة للذوبان في الماء، وبشكل خاص UPy-Gly. كشفت الملاحظات الأولية عن تشكيل ألياف تنمو مع مرور الوقت، مما يؤدي إلى ظهور تكوينات. استخدم المؤلفون تقنيات مجهرية متنوعة، بما في ذلك مجهر القوة الذرية (AFM) ومجهر الإلكترون الناقل بالتبريد (cryoTEM)، لتحليل التطور الهيكلي لهذه البوليمرات. وجدوا أن نصف القطر الهيدروديناميكي ($R_h$) ونصف قطر الدوران ($R_g$) للألياف يشيران إلى وجود سلاسل شبه صلبة بطول مستمر يبلغ حوالي 100 نانومتر. تسلط الدراسة الضوء على أن طولًا حرجًا من الألياف ضروري لحدوث LLPS ماكروسكوبي، حيث تتأثر عملية فصل الطور بالخصائص الكيميائية للبوليمرات ووجود مواد كبيرة مثل الدكستران، التي تسرع من إطالة الألياف وتكوين التكوينات.
يستكشف المؤلفون أيضًا تأثيرات واجهات السائل-الركيزة وواجهات السائل-السائل على LLPS. يلاحظون أن فصل الطور يحدث بشكل أسرع عند واجهة الركيزة، مما يؤدي إلى تشكيل صفوف مرتبة للغاية من التكوينات. بالإضافة إلى ذلك، توضح الدراسة أن إدخال الدكستران يغير من شكل واصطفاف التكوينات، حيث تؤدي التركيزات الأعلى إلى زيادة الصلابة والنظام الداخلي. تشير النتائج إلى أن LLPS للبوليمرات فوق الجزيئية يمكن أن تعمل كآلية عامة لإنتاج المواد الحيوية ذات الخصائص القابلة للتعديل، القابلة للتطبيق في مجالات متنوعة مثل البيولوجيا والطب. يقترح المؤلفون أن هذا البحث يوفر رؤى قيمة حول التجميع الذاتي للبلورات السائلة وإمكانية تطوير مواد حيوية استجابة من خلال التلاعب بالتفاعلات فوق الجزيئية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07034-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38418913
Publication Date: 2024-02-28
Author(s): Hailin Fu et al.
Primary Topic: Supramolecular Self-Assembly in Materials
Methods
In the Methods section, the authors detail the materials utilized in their research, emphasizing the high purity of all chemicals and reagents sourced from commercial suppliers. Key compounds include UPy-Gly, BTA-EG 4, and BTA-Glc from SymoChem, as well as various polyethylene glycol (PEG) derivatives and fluorescein isothiocyanate (FITC) from Creative PEGWorks and Sigma-Aldrich. Notably, dextran-FITC and dextran 500 were also incorporated, with the latter being of pharmaceutical quality.
The authors mention that UPy-COOH was synthesized according to established protocols, while the synthesis of BTA-Cy5 is referenced from their previous work. Additionally, the synthesis route for UPy-Cy5 is provided in the Supplementary Information, indicating a thorough approach to material preparation and synthesis relevant to their experimental design.
Discussion
In this study, the authors investigate the driving forces behind liquid-liquid phase separation (LLPS) in water-soluble supramolecular polymers, specifically UPy-Gly. Initial observations revealed the formation of fibrils that grow over time, leading to the emergence of tactoids. The authors utilized various microscopy techniques, including atomic force microscopy (AFM) and cryogenic transmission electron microscopy (cryoTEM), to analyze the structural evolution of these polymers. They found that the hydrodynamic radius ($R_h$) and radius of gyration ($R_g$) of the fibrils indicate the presence of semirigid chains with a persistent length of approximately 100 nm. The study highlights that a critical length of fibrils is necessary for macroscopic LLPS to occur, with the phase separation process being influenced by the chemical properties of the polymers and the presence of macromolecular crowders like dextran, which accelerates fibril elongation and tactoid formation.
The authors further explore the effects of substrate-liquid interfaces and liquid-liquid interfaces on LLPS. They observe that phase separation occurs more rapidly at the substrate interface, resulting in highly ordered arrays of tactoids. Additionally, the study demonstrates that the introduction of dextran alters the morphology and alignment of tactoids, with higher concentrations leading to increased rigidity and internal order. The findings suggest that LLPS of supramolecular polymers can serve as a general mechanism for producing biomaterials with tunable properties, applicable in various fields such as biology and medicine. The authors propose that this research provides valuable insights into the self-assembly of liquid crystals and the potential for developing responsive biomaterials through the manipulation of supramolecular interactions.