Взаємодія між фібрилами сироваткового білка та вуглецевими нанотрубками або вуглецевими наноцибулями. Частина 1

Анотація: Фібрили ізоляту сироваткового білка (WPI) були отримані за допомогою індукційного процесу кислотного гідролізу.

Оскільки люди приділяють все більше уваги здоровому способу життя, пам’ять поступово стає гарячою темою для занепокоєння. Клітковина - це харчовий інгредієнт, який багато людей зазвичай ігнорують. Це також тісно пов'язане зі здоров'ям людини.

Клітковина - це неперетравлювана рослинна целюлоза, яка може стимулювати перистальтику кишечника, сприяти дефекації, поглинати та знижувати рівень ліпідів крові, цукру в крові та холестерину в організмі людини, а також зменшувати виникнення ожиріння та серцево-судинних захворювань. Крім того, фібрила також може регулювати баланс мікроекології кишечника, сприяти засвоєнню поживних речовин і підвищувати імунітет.

У той же час все більше досліджень показують, що фібрила також тісно пов'язана з пам'яттю. Споживання клітковини може сприяти здоров’ю кишечника, покращити метаболічні функції людини та підвищити імунітет організму. Вони тісно пов’язані з нервовою системою людини, а здоров’я нервової системи є одним із важливих наріжних каменів здоров’я людини.

Крім того, такі поживні речовини, як вітамін B, вітамін E і цинк, багаті клітковиною, також можуть сприяти нормальному розвитку та роботі нервової системи, покращувати пізнання людини та здатність до навчання, а також покращувати пам’ять.

Підводячи підсумок, зміцнюючи фізичне здоров’я, фібрила також може покращити людську пам’ять та інтелект. Нам потрібно виробити хороші харчові звички та належним чином збільшити споживання продуктів, що містять сиру клітковину, наприклад овес, солодку картоплю та зелені листові овочі, щоб підтримувати гарне здоров’я та сприяти здоровому розвитку нервової системи. Пам’ять допомагає нам швидко вчитися та досягати вищої якості життя, тому ми повинні бути позитивними. Можна помітити, що нам потрібно покращити нашу пам’ять, і Cistanche може значно покращити пам’ять, оскільки він також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад, підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту, які дуже важливі для пам’яті та навчання. Крім того, Cistanche також може покращити кровотік і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість живлення та енергії, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

Клацніть знати добавки для покращення пам'яті

Вуглецеві нанотрубки (CNTs) і вуглецеві нано-цибулі (CNOs) були виготовлені за допомогою каталітичного хімічного осадження з парової фази (CVD) метану. Фібрила WPI–CNT та фібрила WPI–CNO були отримані за допомогою гідротермального синтезу при 80 ◦C.

Композити були охарактеризовані за допомогою SEM, TEM, FTIR, XRD, Raman та TG аналізів. Було вивчено взаємодію між фібрилами WPI, CNT і CNO. Фібрили WPI з CNT і CNO утворювали однорідні гелі та плівки. УНТ і ХНО були високодисперговані в гелях. Гідрогелі фібрил WPI з ВНТ (або CNO) можуть бути новими матеріалами із застосуванням у медицині чи інших галузях.

CNT і CNO вкоротили фібрили WPI, що могло мати важливе дослідницьке значення для лікування фіброзних захворювань, таких як хвороба Паркінсона та Альцгеймера. FTIR виявив, що як CNT, так і CNO взаємодіяли з фібрилами WPI.

XRDаналіз показав, що більшість ВНТ були загорнуті у фібрили WPI, тоді як CNO були частково загорнуті. Це допомогло підвищити біосумісність і знизити цитотоксичність CNT і CNO. Дослідження HR-TEM і рамановської спектроскопії показали, що рівень графітизації CNT був вищим, ніж CNO.

Після гібридизації з фібрилами WPI у ВНТ було створено більше дефектів, але в CNO деякі оригінальні дефекти були відкинуті. Результати TG показали, що утворилася нова фаза WPIfibril–CNT або CNO.

Ключові слова: фібрили сироваткового білка; вуглецеві нанотрубки; вуглецеві наноцибулі; композити; взаємодія.

1. Вступ

Сироватковий білок поширений і його легко отримати з бичачого молока. Практично важливим було отримання фібрил ізоляту сироваткового білка (WPI). На сьогодні самоорганізація дамілоїдних фібрил на основі компонентів молочної сироватки є важливим напрямком досліджень [1–3].

Як правило, амілоїдні фібрили походять від асоціації з амілоїдозом. Наприклад, іслетамілоїдний пептид пов'язаний з діабетом, а -амілоїдний білок - з хворобою Альцгеймера [4].

Білкові фібрили також можна синтезувати in vitro. Крім того, лактоглобулін (-lg) може самостійно збирати фібрилярні білки [5,6]. -lg є глобулярним білком з молекулярною масою 18 400 г·моль−1 і радіусом приблизно 2 нм [7].

Він може індукувати утворення фібрил при тривалому нагріванні (6–24 години) при 80 ◦C і має рН 2 і низьку іонну силу [8]. Середня довжина фібрил становить 1–8 мкм, діаметр близько 4 нм [9].

Білковий матеріал у цих фібрилах утримується разом міжмолекулярними -листами [10]. Під час утворення фібрил кількість -листів збільшується. Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) — це порожнисті трубки, виготовлені з багатошарових графітових листів, які обертаються та скручуються навколо однієї осі. під певним кутом [11].

Їх діаметр коливається від 0.4 (ОУНТ) до 100 нм (БУНТ); їх довжина може досягати декількох мікрон; і вони мають чудові механічні властивості, хімічну стабільність і велику питому поверхню [12]. Вуглецеві нанотрубки часто використовуються як наповнювачі для приготування нанокомпозитів для покращення механічної поведінки матеріалів матриці.

Біологічне застосування вуглецевих нанотрубок також широко вивчалося, наприклад, у біосенсорах, доставці ліків і вакцин, тканинній інженерії [13] і нових біоматеріалах [14]. Однак первинні УНТ мають погану розчинність і потенційну цитотоксичність [15]. Приєднані біомакромолекули, такі як білок, ДНК і РНК, можуть сприяти дисперсії ВНТ [16].

Фізична взаємодія з біомакромолекулами може змінити їх біологічну активність in vivo [17]. Після функціональності та модифікації ВНТ можуть завантажувати різні типи ліків для цільових цілей [18]. Біосумісні системи на основі ВНТ можуть завантажувати кілька терапевтичних, націлюючих і зондуючих агентів для лікування раку.

Було доведено, що функціоналізовані ВНТ можуть перетинати плазматичну мембрану за допомогою різних механізмів, зокрема через ендоцитоз [19–21]. Вуглецеві нано-цибулі (CNO) складаються з кількох концентричних оболонок фулеренів.

Їхні структури «клітина в клітці» створюють деякі унікальні фізико-хімічні властивості. На відміну від будь-яких інших вуглецевих алотропів [22, 23], CNO є такими ж важливими, як CNT і фулерени, які ідеально підходять для застосування в доставці ліків завдяки їхній здатності залишатися в системному кровообігу протягом годин, збільшуючи їхні шанси на доступ до цільового сайту [24–28].

У тканинній інженерії модифіковані каркаси CNO демонструють здатність до регенерації тканин [28]. Далекочервоні флуоресцентні CNO були розроблені для цілей клітинної візуалізації [29].

Незважаючи на цей величезний потенціал, здається, що роль цієї нової наносистеми в біомедичній галузі залишалася поза увагою протягом багатьох років. Дослідження систем білкові фібрили–вуглецеві наноматеріали матимуть велике значення для лікування захворювань людини, зниження цитотоксичності вуглецевих наноматеріалів та розробки нових технологій.

Утворення амілоїдних фібрил in vivo може призвести до різноманітних захворювань, таких як нейродегенеративні захворювання Альцгеймера та Паркінсона. Дослідники шукають речовини, які можуть пригнічувати амілоїдний фіброз або руйнувати амілоїдні фібрили [30,31]. У таблиці 1 узагальнено деякі дослідження взаємодії вуглецевих наноматеріалів з амілоїдними фібрилами [32].

Деякі дослідження показали, що вуглецеві наноматеріали можуть взаємодіяти з різними біологічними білками [33]. ВНТ вкриті адсорбованими біологічними макромолекулами в біологічному розчині через їхню високу питому поверхню та гідрофобну поверхню [34].

Адсорбовані білки збираються на поверхні вуглецевих наноматеріалів, утворюючи «білкову корону» [34]. Взаємодія між УНТ і білками також відіграє важливу роль у формуванні -листів.

Ghule та ін. виявили, що багатошарові вуглецеві нанотрубки (MWCNTs) забезпечують поверхні взаємодії для адсорбції або інкапсуляції білків. Це може пригнічувати здатність неполярної поверхні білків зв’язувати білкові фібрили, таким чином запобігаючи подальшому фіброзу білка [35].

Jana і Sengupta [36] і Wei et al. [37] досліджували самозбірку A-пептиду в присутності одностінних вуглецевих нанотрубок (SWCNTs) за допомогою моделювання молекулярної динаміки (MD). A-пептид є коротким амфіфільним пептидом, і його агрегація тісно пов'язана з патогенезом хвороби Альцгеймера [38]. Сильний гідрофобний ефект ВНТ може допомогти знайти пептиди на поверхні ОУНТ.

Це запобігає дифузії та пригнічує фіброз пептидів. Білки, такі як інсулін, лізоцим, альфа-лактоглобулін і цитохром с, можуть формувати малюнок на графіті [39,40]. Цей графіт із наноматеріном здатний керувати шаблоном вирівнювання амілоїдних фібрил [39]. Взаємодія між фулеренами та білковими матеріалами також вивчалася.

За допомогою вимірювань флуоресценції ThT Кім і Лі виявили, що фулерен може пригнічувати фіброз білка. Фулерен може специфічно зв'язуватися з центральним гідрофобним мотивом KLVFF, таким чином перешкоджаючи агрегації A-пептиду [41].

Було виявлено, що гідратовані фулерени можуть не тільки руйнувати зрілі амілоїдні фібрили, але й запобігати утворенню нових фібрил [42]. Подольський та ін. виявили, що гідратовані фулерени можуть ефективно блокувати агрегацію A 25–35 [43].

Існує кілька досліджень взаємодії між CNO та амілоїдними фібрилами. CNO є новим алотропом з низькою токсичністю та хорошою біосумісністю. Дослідження взаємодії між CNO та амілоїдними фібрилами є бажаним.

З іншого боку, деякі вуглецеві наноматеріали були об’єднані з біологічними макромолекулами для приготування гібридних нанокомпозитів для тканинної інженерії або доставки ліків через їх механічні та електричні переваги [55–57].

Амілоїдні фібрили також мають певну механічну поведінку та амінокислотні поверхні, які використовуються для приготування нанодротів [58], гідрогелів [59], волокнистих клітинних каркасів [60,61] і твердих функціональних органічних плівок [62]. Білки прикріплюються до поверхонь ВНТ у формі мономерів або олігомерів [63,64], щоб покращити їх розчинність у воді та зменшити їх цитотоксичність.

УНТ змінюють структурні властивості білкових фібрил шляхом гібридизації та рекомбінації, щоб націлити доставку терапевтичних препаратів in vivo та знищити ракові клітини [64,65]. Hendler et al. використовували метод «спільної збірки» для формування гібридних амілоїд-фулеренових композитних фібрил [66], які використовуються для приготування кольороподілювальних наномаркерів, діагностичних матеріалів та оптоелектронних пристроїв.

Особливі властивості білкових фібрил і вуглецевих наноматеріалів (такі як механічні та електромагнітні властивості вуглецевих наноматеріалів і біологічні властивості білкових матеріалів) можуть принести користь один одному, і їх поєднання значно розширить діапазон застосування цих двох типів наноматеріалів.

Однак ще потрібно пройти довгий шлях, щоб повністю зрозуміти взаємодію між білковими фібрилами та вуглецевими наноматеріалами. У цьому дослідженні ми вивчали взаємодію фібрил WPI з ВНТ (або CNO) і охарактеризували композити фібрил WPI–ВНТ (або CNO) за допомогою SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR та TG. Фібрили WPI були отримані за допомогою індукційного процесу кислотного гідролізу. Композитні фібрили WPI–CNT (або CNO) були виготовлені за допомогою гідротермального синтезу.

2. Матеріали та методи

2.1. Утворення фібрил WPI

WPI-1 було придбано в Davisco Foods International Inc. (97,8% без лецитину, NM, США), а WPI-2 було придбано в Hilmar Ingredients (90,39% з лецитином, Хілмар, Каліфорнія, США).

Основний розчин (приблизно 6 мас.%) був виготовлений шляхом розчинення WPI у воді Millipore. Потім рН розчину доводили до 4,75 шляхом додавання 1 М HCl з подальшим центрифугуванням (10, 000 об/хв, 60 хв, 4 ◦C) і фільтруванням супернатанту (FP 030/ 0,45 мкм, Шлейхер і Шуель). Після фільтрування рН відфільтрованого розчину встановлювали на 2 за допомогою 6 М HCl.

Концентрацію білка в вихідному розчині визначали за допомогою УФ-спектрофотометра (UV-1800PC, MAPADA, Шанхай, Китай) і калібрувальної кривої відомих концентрацій WPI при довжині хвилі 278 нм.

Базовий розчин розбавляли до концентрації білка 2 мас.% розчином HCl з pH 2. Потім розчин WPI нагрівали та перемішували (приблизно 290 об/хв) протягом 20 годин при 80 ◦C для утворення фібрил.

2.2. Підготовка CNT і CNO

2.2.1. Приготування УНТ

Приготування каталізатора La2NiO4: La(NO3)3·6H2O та Ni(NO3)2·6H2O (молярне співвідношення La/Ni=2:1) розчиняють у деіонізованій воді, потім додають лимонну кислоту. Розчин нагрівали при 80 ◦C протягом 1 години при перемішуванні, і нарешті він перетворився на колоїдну речовину.

Колоїдну речовину прожарювали в муфельній печі (10 ◦C/хв на повітрі; 300 ◦C протягом 1 години, потім 800 ◦C протягом 5 годин). Каталітичне хімічне осадження з парів метану для отримання ВНТ: Каталітичний реактор із твердим газом був прийнятий для CVD на метані для отримання ВНТ.

Каталізатор La2NiO4 (0,5 г) помістили всередину кварцових човнів у трубчастому кварцовому реакторі. Спочатку використовували азот (30 мл/хв) для продування реактора протягом 30 хв, а потім водень (10 мл/хв) використовували для відновлення La2NiO4 при 600 ◦C протягом 1 год.

Після цього газ замінювали на метан (60 мл/хв) для каталітичного CVD при 800 ◦C протягом 8 годин для синтезу ВНТ. Очищення ВНТ: УНТ, змішані з каталізаторами, очищали в 0,1 М азотній кислоті при 80 ◦C при перемішуванні протягом 5 год.

Його фільтрували та промивали деіонізованою водою п'ять разів. Нарешті, зразок сушили при 120 ◦C протягом 6 годин.

2.2.2. Підготовка КНО

Попередня обробка сітчастого носія з нержавіючої сталі: Сітки з нержавіючої сталі SS316 розміром 20 мм × 20 мм очищали ультразвуком протягом 30 хвилин у 0,1 М розчині HCl. Потім темеші поміщали в трубчастий кварцовий реактор.

У кварцову трубку введено водяну пару, що містить азот (90 ◦С). Кварцову трубку нагрівали до 300 ◦С протягом 1 год. Після такої обробки поверхню нержавіючої сталі використовували як носій каталізатора.

Завантаження каталізатора: попередньо оброблену вище сітку з нержавіючої сталі занурили в розчин нікелоксалату. Лимонну кислоту додають при перемішуванні протягом 1 год. Розчин нагрівався при 80 ◦C і зрештою перетворювався на колоїд. Колоїдні сітки та сітки з нержавіючої сталі поміщали в тигель і прожарювали в муфельній печі (Чжунхуань, Тяньцзінь, Китай) при 900 ◦C (10 ◦C/хв, на повітрі) протягом 3 годин.

Нарешті, була отримана сітка з нержавіючої сталі, заповнена каталізатором. Каталітичний CVD метану для отримання CNOs [67]: також використовувався газо-твердий реактор з нерухомим шаром (Чжунхуань, Тяньцзінь, Китай). Сітчастий каталізатор з нержавіючої сталі помістили в кварцову трубку.

Для продування реактора при кімнатній температурі протягом 1 години використовували азот (30 мл/хв), потім температуру підвищували до температури реакції 900 ◦C і азот замінювали на метан (30 мл/хв) протягом 8 год для каталітичного крекінгу. .

Нарешті метан знову перетворили на газоподібний азот, а реактор охолодили до кімнатної температури. Нарешті, сітчастий каталізатор із нержавіючої сталі та CNOs були вилучені. Очищення CNOs: зразок CNO спочатку був просіяний для видалення вільних частинок каталізатора.

Потім його змішували з концентрованою HNO3 і кип’ятили зі зворотним холодильником при 90 ◦C протягом 40 годин. Після розведення та охолодження його центрифугували при 4000 об/хв протягом 10 хв і розчин кислоти видаляли.

Решту CNO кілька разів ретельно промивали дистильованою водою до досягнення нейтрального рН. Нарешті, очищені CNO були висушені.

2.3. Підготовка WPI фібрил-ВНТ (або CNO)

WPI fibril–CNTs (або CNOs) були синтезовані за допомогою гідротермального методу. УНТ (або CNO) із концентрацією {{0}}.05 мас.%, 0,10 мас.% і 0,15 мас.% змішували в деіонізованій воді та обробляли ультразвуком протягом 30 хвилин для диспергування. як можна краще.

Додавали такий самий об’єм розчину фібрил WPI і перемішували магнітною мішалкою протягом 30 хв. Потім суміш виливали в автоклавний реактор (Hongchen, Xi'an, Китай) для гідротермальної реакції (80 ◦C, 20 год).

Після цього продукт охолоджували до кімнатної температури, автоклав відкривали і суміш видаляли. Продукт сушили в духовці (60 ◦C) протягом 48 год.

For more information:1950477648nn@gmail.com