Взаимодействие фибрилл сывороточного белка с углеродными нанотрубками или углеродными нанолуковиками. Часть 1.

Аннотация: Фибриллы изолята сывороточного белка (WPI) были получены с использованием процесса индукции кислотного гидролиза.

Поскольку люди уделяют все больше и больше внимания здоровому образу жизни, память постепенно становится горячей темой для беспокойства. Клетчатка — это пищевой ингредиент, который многие люди обычно игнорируют. Это также тесно связано со здоровьем человека.

Клетчатка — это неперевариваемая растительная целлюлоза, которая может стимулировать перистальтику кишечника, способствовать дефекации, поглощать и снижать липиды в крови, уровень сахара в крови и холестерин в организме человека, а также уменьшать возникновение ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, фибриллы также могут регулировать баланс микроэкологии кишечника, способствовать усвоению питательных веществ и улучшать иммунитет.

В то же время все больше исследований показывают, что фибриллы также тесно связаны с памятью. Потребление клетчатки может способствовать здоровью кишечника, улучшению метаболических функций человека и повышению иммунитета организма. Они тесно связаны с нервной системой человека, а здоровье нервной системы является одним из важных краеугольных камней здоровья человека.

Кроме того, питательные вещества, такие как витамин B, витамин E и цинк, богатые клетчаткой, также могут способствовать нормальному развитию и работе нервной системы, улучшать когнитивные способности человека и способность к обучению, а также улучшать память.

Таким образом, фибриллы, способствуя физическому здоровью, также могут улучшить человеческую память и интеллект. Нам необходимо развивать хорошие пищевые привычки и соответствующим образом увеличивать потребление продуктов, содержащих сырые волокна, таких как овес, сладкий картофель и зеленолистные овощи, чтобы поддерживать хорошее здоровье и способствовать здоровому развитию нервной системы. Память помогает нам быстро учиться и стремиться к более высокому качеству жизни, поэтому нам следует быть позитивными. Видно, что нам необходимо улучшить нашу память, а Цистанхе может значительно улучшить память, поскольку он также может регулировать баланс нейротрансмиттеров, например, повышая уровень ацетилхолина и факторов роста, которые очень важны для памяти и обучения. Кроме того, цистанхе также может улучшить кровоток и способствовать доставке кислорода, что может гарантировать, что мозг получает достаточное питание и энергию, тем самым повышая жизнеспособность и выносливость мозга.

Нажмите «Знайте добавки для улучшения памяти»

Углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нанолуковицы (CNO) были изготовлены методом каталитического химического осаждения из паровой фазы (CVD) метана. Фибриллы WPI–УНТ и фибриллы WPI–CNO были получены методом гидротермального синтеза при 80 ◦C.

Композиты были охарактеризованы с помощью SEM, TEM, FTIR, XRD, Raman и TG анализов. Изучено взаимодействие между фибриллами WPI, УНТ и CNO. Фибриллы WPI с УНТ и CNO образовывали однородные гели и пленки. УНТ и CNO были высокодисперсными в гелях. Гидрогели фибрилл WPI с УНТ (или CNO) могут стать новыми материалами, имеющими применение в медицине и других областях.

УНТ и CNO укорачивают фибриллы WPI, что может иметь важное исследовательское значение для лечения фиброзных заболеваний, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера. FTIR показало, что CNT и CNO взаимодействуют с фибриллами WPI.

Рентгеновский анализ показал, что большая часть УНТ была обернута фибриллами WPI, тогда как CNO были обернуты частично. Это помогло повысить биосовместимость и снизить цитотоксичность УНТ и CNO. Исследования HR-TEM и рамановской спектроскопии показали, что уровень графитизации УНТ выше, чем у CNO.

После гибридизации с фибриллами WPI в УНТ возникло больше дефектов, но в CNO некоторые исходные дефекты были устранены. Результаты ТГ показали, что образовалась новая фаза WPIфибрилл–УНТ или CNO.

Ключевые слова: фибриллы сывороточного белка; углеродные нанотрубки; углеродные нанолуковицы; композиты; взаимодействие.

1. Введение

Сывороточный белок широко распространен и его легко получить из коровьего молока. Практическое значение имело получение фибрилл изолята сывороточного белка (WPI). В настоящее время важным направлением исследований являются самоорганизующиеся дамилоидные фибриллы на основе компонентов сыворотки [1–3].

Обычно амилоидные фибриллы возникают в результате ассоциации с амилоидозом. Например, ислетамилоидный пептид связан с диабетом, а -амилоидный белок связан с болезнью Альцгеймера [4].

Белковые фибриллы также можно синтезировать in vitro. Кроме того, лактоглобулин (-lg) может самостоятельно собирать фибриллярные белки [5,6]. -lg представляет собой глобулярный белок с молекулярной массой 18400 г·моль-1 и радиусом около 2 нм [7].

Он может индуцировать образование фибрилл при длительном нагревании (6–24 ч) при температуре 80 ◦C, имеет pH 2 и низкую ионную силу [8]. Средняя длина фибрилл составляет 1–8 мкм, диаметр около 4 нм [9].

Белковый материал в этих фибриллах удерживается вместе межмолекулярными -листами [10]. В процессе формирования фибрилл количество -листов увеличивается. Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют собой полые трубки, состоящие из многослойных листов графита, вращающихся и закручивающихся вокруг одной оси. под определенным углом [11].

Их диаметры варьируются от 0,4 (ОУНТ) до 100 нм (МУНТ); их длина может достигать нескольких микрон; они обладают превосходными механическими свойствами, химической стабильностью и большой удельной поверхностью [12]. Углеродные нанотрубки часто используются в качестве наполнителей при приготовлении нанокомпозитов для улучшения механических свойств матричных материалов.

Биологические применения углеродных нанотрубок также широко изучаются, например, в биосенсорах, доставке лекарств и вакцин, тканевой инженерии [13] и новых биоматериалах [14]. Однако первичные УНТ обладают плохой растворимостью и потенциальной цитотоксичностью [15]. Прикрепленные биомакромолекулы, такие как белок, ДНК и РНК, могут способствовать диспергированию УНТ [16].

Физические взаимодействия с биомакромолекулами могут изменить их биологическую активность in vivo [17]. После функционализации и модификации УНТ могут загружать различные типы лекарств для целевых целей [18]. Системы на основе биосовместимых УНТ могут загружать множество терапевтических, таргетных и зондирующих агентов для терапии рака.

Было доказано, что функционализированные УНТ могут пересекать плазматическую мембрану с помощью различных механизмов, в частности, посредством эндоцитоза [19–21]. Углеродные нанолуковицы (CNO) содержат множество концентрических оболочек фуллеренов.

Их структура «клетка внутри клетки» обладает некоторыми уникальными физико-химическими свойствами. В отличие от любых других аллотропов углерода [22,23], CNO столь же важны, как УНТ и фуллерены, которые идеально подходят для доставки лекарств из-за их способности оставаться в системном кровообращении в течение нескольких часов, увеличивая их шансы на доступ к целевому сайту [24-28].

В тканевой инженерии модифицированные каркасы CNO демонстрируют способность к регенерации тканей [28]. Дальнекрасные флуоресцентные CNO были разработаны для целей клеточной визуализации [29].

Несмотря на этот огромный потенциал, похоже, что роль этой новой наносистемы в биомедицинской области многие годы упускалась из виду. Исследования систем белковые фибриллы–углеродные наноматериалы будут иметь большое значение для лечения заболеваний человека, снижения цитотоксичности углеродных наноматериалов и разработки новых технологий.

Образование амилоидных фибрилл in vivo может привести к множеству заболеваний, таких как нейродегенеративные заболевания Альцгеймера и Паркинсона. Исследователи ищут вещества, которые могут ингибировать амилоидный фиброз или разрушать амилоидные фибриллы [30,31]. В табл. 1 суммированы некоторые исследования по взаимодействию углеродных наноматериалов с амилоидными фибриллами [32].

Некоторые исследования показали, что углеродные наноматериалы могут взаимодействовать с различными биологическими белками [33]. УНТ покрыты адсорбированными биологическими макромолекулами в биологическом растворе из-за их высокой удельной поверхности и гидрофобной поверхности [34].

Адсорбированные белки собираются на поверхности углеродных наноматериалов, образуя «белковую корону» [34]. Взаимодействие между УНТ и белками также играет важную роль в формировании -листов.

Гуле и др. обнаружили, что многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) обеспечивают поверхности взаимодействия для адсорбции или инкапсуляции белков. Это может ингибировать способность неполярной поверхности белков связывать фибриллы белка, тем самым предотвращая дальнейший фиброз белка [35].

Джана и Сенгупта [36] и Вэй и др. [37] исследовали самосборку А-пептида в присутствии одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с помощью молекулярно-динамического (МД) моделирования. А-пептид представляет собой короткий амфифильный пептид, и его агрегация тесно связана с патогенезом болезни Альцгеймера [38]. Сильный гидрофобный эффект УНТ может помочь локализовать пептиды на поверхности ОСУНТ.

Это предотвращает диффузию и ингибирует фиброз пептидов. Белки, такие как инсулин, лизоцим, -лактоглобулин и цитохром с, могут формировать рисунок на графите [39,40]. Этот графит с наноструктурным рисунком способен управлять выравниванием амилоидных фибрилл [39]. Также изучено взаимодействие фуллеренов с белковыми материалами.

Путем измерения флуоресценции ThT Ким и Ли обнаружили, что фуллерен может ингибировать фиброз белка. Фуллерен мог специфически связываться с центральным гидрофобным мотивом KLVFF, препятствуя тем самым агрегации А-пептида [41].

Было обнаружено, что гидратированные фуллерены способны не только разрушать зрелые амилоидные фибриллы, но и предотвращать образование новых фибрилл [42]. Подольский и др. обнаружили, что гидратированные фуллерены могут эффективно блокировать агрегацию А 25–35 [43].

Исследований взаимодействия между CNO и амилоидными фибриллами немного. CNO — новый аллотроп с низкой токсичностью и хорошей биосовместимостью. Желательно изучение взаимодействия CNO с амилоидными фибриллами.

С другой стороны, некоторые углеродные наноматериалы комбинируются с биологическими макромолекулами для получения гибридных нанокомпозитов для тканевой инженерии или доставки лекарств из-за их механических и электрических преимуществ [55–57].

Амилоидные фибриллы также обладают определенным механическим поведением и аминокислотными поверхностями, которые используются для изготовления нанопроволок [58], гидрогелей [59], каркасов волокнистых клеток [60,61] и твердых функциональных органических пленок [62]. Белки прикрепляются к поверхности УНТ в виде мономеров или олигомеров [63,64] для улучшения их растворимости в воде и снижения цитотоксичности.

УНТ изменяют структурные свойства белковых фибрилл посредством гибридизации и рекомбинации, чтобы нацелить доставку терапевтических препаратов in vivo и уничтожить раковые клетки [64,65]. Hendler et al. использовали метод «совместной сборки» для формирования гибридных амилоидно-фуллереновых композитных фибрилл [66], которые используются для получения наномаркеров цветоделения, диагностических материалов и оптоэлектронных устройств.

Особые свойства белковых фибрилл и углеродных наноматериалов (такие как механические и электромагнитные свойства углеродных наноматериалов и биологические свойства белковых материалов) могут принести пользу друг другу, а их сочетание значительно расширит диапазон применения этих двух видов наноматериалов.

Однако предстоит еще пройти долгий путь, чтобы полностью понять взаимодействие между белковыми фибриллами и углеродными наноматериалами. В этом исследовании мы изучили взаимодействие фибрилл WPI с УНТ (или CNO) и охарактеризовали композиты фибриллы WPI-УНТ (или CNO) с помощью SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR и TG. Фибриллы WPI были получены с использованием процесса индукции кислотного гидролиза. Композиты WPI-фибриллы и УНТ (или CNO) были изготовлены с использованием гидротермального синтеза.

2. Материалы и методы.

2.1. Формирование фибрилл WPI

WPI-1 был приобретен у Davisco Foods International Inc. (97,8% без лецитина, Нью-Мексико, США), а WPI-2 был приобретен у Hilmar Ingredients (90,39% с лецитином, Hilmar, Калифорния, США).

Исходный раствор (около 6 мас.%) готовили путем растворения WPI в воде Millipore. Затем pH раствора доводили до 4,75 добавлением 1 М HCl с последующим центрифугированием (10, 000 об/мин, 60 мин, 4 ◦C) и фильтрованием надосадочной жидкости (FP 030/ 0,45 мкм, Шлейхер и Шуэлл). После фильтрации pH фильтрованного раствора доводили до 2 с помощью 6 М HCl.

Концентрацию белка в исходном растворе определяли с использованием УФ-спектрофотометра (UV-1800PC, MAPADA, Шанхай, Китай) и калибровочной кривой известных концентраций WPI при длине волны 278 нм.

Исходный раствор разбавляли до концентрации белка 2 мас.% раствором HCl с pH 2. Затем раствор WPI нагревали и перемешивали (около 290 об/мин) в течение 20 часов при 80 ◦C для образования фибрилл.

2.2. Получение УНТ и CNO

2.2.1. Приготовление УНТ

Приготовление катализатора La2NiO4: La(NO3)3·6H2O и Ni(NO3)2·6H2O (молярное соотношение La/Ni=2:1) растворяли в деионизированной воде, затем добавляли лимонную кислоту. Раствор нагревали при температуре 80 ◦С в течение 1 ч при перемешивании и в конечном итоге превратились в коллоидное вещество.

Коллоидное вещество прокаливали в муфельной печи (10 ◦С/мин на воздухе; 300 ◦С в течение 1 ч, затем 800 ◦С в течение 5 ч). Каталитическое химическое осаждение из паровой фазы (CVD) метана с получением УНТ: Фиксированные- Для CVD метана для производства УНТ был принят твердофазный каталитический реактор.

Катализатор La2NiO4 (0,5 г) помещался внутри кварцевых лодочек трубчатого кварцевого реактора. Сначала для продувки реактора использовали азот (30 мл/мин) в течение 30 мин, а затем водород (10 мл/мин) для восстановления La2NiO4 при 600 ◦C в течение 1 часа.

После этого газ переключали на метан (60 мл/мин) для каталитического CVD при 800 ◦C в течение 8 часов для синтеза УНТ. Очистка УНТ: УНТ, смешанные с катализаторами, очищали в 0,1 М азотной кислоте при 80 ◦С при перемешивании в течение 5 часов.

Его фильтровали и пять раз промывали деионизированной водой. Наконец, образец сушили при 120 ◦C в течение 6 часов.

2.2.2. Подготовка CNO

Предварительная обработка носителя сетки из нержавеющей стали: сетки из нержавеющей стали SS316 размером 20 мм × 20 мм подвергались ультразвуковой очистке в течение 30 минут в 0,1 М растворе HCl. Затем сетки помещали в трубчатый кварцевый реактор.

В кварцевую трубку вводился газообразный азот, несущий водяной пар (90 ◦C). Кварцевую трубку нагревали до 300 ◦С в течение 1 часа. После такой обработки поверхность нержавеющей стали использовали в качестве носителя катализатора.

Загрузка катализатора: предварительно обработанную выше сетку из нержавеющей стали погружали в раствор никелоксалата. Лимонную кислоту добавляли при перемешивании в течение 1 часа. Раствор нагревали при 80 ◦С и окончательно превратили в коллоид. Коллоидные сетки и сетки из нержавеющей стали помещали в тигель и прокаливали в муфельной печи (Чжунхуань, Тяньцзинь, Китай) при 900 ◦С (10 ◦С/мин, на воздухе) в течение 3 часов.

Наконец, была получена сетка из нержавеющей стали, загруженная катализатором. Каталитическое CVD метана для получения CNO [67]: Также использовался газотвердый реактор с неподвижным слоем (Чжунхуань, Тяньцзинь, Китай). Сетчатый катализатор из нержавеющей стали помещали в кварцевую трубку.

Азот (30 мл/мин) использовали для продувки реактора при комнатной температуре в течение 1 часа, затем температуру повышали до температуры реакции 900 ◦C и азот переключали на метан (30 мл/мин) на 8 часов для каталитического крекинга. .

Наконец, метан снова переключили на газообразный азот, и реактор охладили до комнатной температуры. Наконец, сетчатый катализатор из нержавеющей стали и CNO были удалены. Очистка CNO: образец CNO сначала просеивали для удаления свободных частиц катализатора.

Затем смешивали с концентрированной HNO3 и кипятили с обратным холодильником при 90 ◦C в течение 40 часов. После разбавления и охлаждения его центрифугировали при 4000 об/мин в течение 10 мин и удаляли раствор кислоты.

Оставшиеся CNO несколько раз тщательно промывали дистиллированной водой до достижения нейтрального значения pH. Наконец, очищенные CNO сушили.

2.3. Получение WPI Fibril-CNT (или CNO)

Фибриллы WPI-УНТ (или CNO) были синтезированы гидротермальным методом. УНТ (или CNO) с концентрациями {{0}}.05 мас.%, 0,10 мас.% и 0,15 мас.% смешивали с деионизированной водой и обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут для диспергирования. как можно лучше.

Добавляли тот же объем раствора фибрилл WPI и перемешивали магнитной мешалкой в ​​течение 30 минут. Затем смесь выливали в автоклав-реактор (Хунчэнь, Сиань, Китай) для гидротермальной реакции (80 ◦C, 20 часов).

После этого продукт охлаждали до комнатной температуры, автоклав открывали и смесь вынимали. Изделие сушили в печи (60 ◦С) в течение 48 часов.

For more information:1950477648nn@gmail.com