13 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 스포트라이트) 금속-유기 프레임워크(MOF) 최근 몇 년 동안 가스 저장, 약물 전달, 촉매 및 바이오센싱과 같은 다양한 분야에서 엄청난 잠재력을 지닌 흥미롭고 새로운 종류의 재료로 등장했습니다. 유기 분자로 연결된 금속 이온으로 구성된 MOF에는 게스트 분자를 수용하는 데 이상적인 다공성 네트워크가 포함되어 있습니다. 고도로 조정 가능한 구조와 생체 적합성으로 인해 MOF는 표적 치료 전달 및 방출을 위한 유망한 수단이 됩니다. 연구자들의 주요 초점은 MOF 내부에 단백질 및 효소와 같은 생물학적 활성 거대 분자를 포장하는 것입니다. 이러한 민감한 대형 분자를 MOF에 포장하면 MOF가 떨어져 나가거나 열화되는 것을 방지할 수 있습니다. 이를 통해 치료법으로 사용할 수 있으며 촉매 및 생체 감지에 더욱 안정적이게 됩니다. MOF 패킹은 또한 분자 크기가 더 크고 당 사슬이 첨가된 단백질 품종을 선택하여 효율성을 높입니다. MOF-단백질 조합에 대한 열정에도 불구하고 패킹 효율성을 정확하게 측정하는 것은 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다. 이 측정은 이러한 혼합 재료를 최적화하는 데 중요합니다. 그러나 연구자들은 동일한 단백질-MOF 혼합물에 대해 매우 다른 패킹 효율을 보고했으며, 이는 사용된 정량화 방법에 따라 다르다는 것을 시사합니다. 이전에는 기술 간의 철저한 비교가 없었으며 최근에는 이러한 격차가 해결되었습니다. 생명공학저널 연구 (“ZIF-8 금속-유기 프레임워크를 이용한 단백질 캡슐화를 위한 단백질 정량 방법 비교”).
이전에 시도된 정량화 방법은 각각 MOF에 캡슐화된 단백질에 적합하지 않다는 단점이 있습니다. Coomassie 및 BCA(bicinchoninic acid)와 같은 비색 단백질 분석은 MOF 구성 요소의 간섭으로 인해 어려움을 겪습니다. 유기 MOF 링커는 배경 판독값을 높이는 반면 금속 이온은 발색을 억제하여 감도를 감소시킵니다. 마이크로플레이트 형광에는 단백질을 형광 태그와 결합시켜 단계를 추가해야 합니다. SDS-PAGE와 같은 젤 기술에는 광범위한 처리가 필요하므로 가변성이 증가합니다.
MOF 플랫폼의 가능성을 실현하려면 정확한 캡슐화 분석 방법을 찾는 것이 중요합니다. 캡슐화된 효소는 생물학적 장벽을 통과한 후에도 활성을 유지해야 합니다. 그리고 캡슐화 효율은 효과적인 치료 용량을 직접적으로 결정합니다.
저자는 “생체분자 캡슐화를 평가하는 빠르고 효율적인 방법을 식별하는 것이 더 폭넓은 수용을 위한 핵심”이라고 강조합니다.
연구자들은 잘 연구된 MOF 제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크-8(ZIF-8)과 모델 단백질 소 혈청 알부민(BSA)을 사용하여 몇 가지 일반적인 정량화 기술을 체계적으로 평가했습니다. 그들은 BSA와 항산화 효소 카탈라아제를 캡슐화하는 ZIF-8을 합성했습니다. 팀은 마이크로플레이트 BCA, Coomassie 및 형광 분석, SDS-PAGE, 크기 배제 크로마토그래피 및 질량 분석법을 통해 캡슐화 효율성을 평가했습니다.
결과는 기술 전반에 걸쳐 눈에 띄는 변동성을 보여주었으며, 이는 캡슐화 수준이 방법에 크게 의존한다는 것을 나타냅니다. 형광 정량법은 최소한의 배경으로 가장 일관된 캡슐화 비율을 생성했습니다. 또한 MOF 캡슐화 후 고분자량 및 글리코실화된 단백질의 농축을 확인했습니다. 그러나 이 접근 방식에는 형광 태그를 사용하여 단백질을 라벨링해야 합니다.
비색 분석 중 BCA는 Coomassie보다 더 넓은 검출 범위를 제공했습니다. 그러나 BCA는 링커 간섭으로 인해 10μg/mL 미만에서는 덜 민감했습니다. Coomassie는 형광 검출에 비해 선형 범위가 더 좁고 배경이 더 높은 것으로 나타났습니다. 한편, SDS-PAGE 및 크기 배제 크로마토그래피는 광범위한 샘플 처리 및 처리 아티팩트로 어려움을 겪었습니다.
이번 발견은 이미다졸 기반 MOF의 생체분자 캡슐화를 평가하는 데 폭넓은 관련성을 갖고 있습니다. 이 작업은 단백질-MOF 플랫폼을 설계할 때 정량화 기술의 한계를 고려해야 하는 중요한 필요성을 강조합니다. 형광측정 검출은 합리적으로 정확한 캡슐화 분석을 제공했습니다. 그러나 형광 태깅은 모든 단백질, 특히 소량에서는 가능하지 않을 수 있습니다.
“우리의 결과는 보다 정확한 데이터로 bio-MOF 시스템 개발을 지원하고 촉매 및 생물의학 응용 분야에서의 활용을 가속화할 수 있습니다.”라고 연구진은 결론지었습니다. 다양한 MOF-생체 분자 조합에 적용할 수 있는 보다 효율적이고 재현 가능한 캡슐화 정량화 방법은 이 분야를 발전시키는 데 여전히 중요합니다.
이 엄격한 방법론 비교를 통해 MOF 캡슐화 효율성을 평가할 때 놀라운 가변성을 발견했습니다. 이 연구는 연구자들이 단백질-MOF 복합재를 엔지니어링할 때 잠재력을 최대한 활용하려면 정량화 기술을 신중하게 선택해야 한다고 강조합니다.
By
마이클
버거
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– Michael은 Royal Society of Chemistry에서 다음 세 권의 책을 저술했습니다.
나노 사회 : 기술의 경계를 넓히다,
나노 기술 : 미래는 작다및
나노 엔지니어링 : 기술을 보이지 않게하는 기술과 도구
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