자연의 결정 대칭을 일시 중지하여 표적 약물 전달을 향상

연구원들은 병 브러시 폴리머(왼쪽)에 더 많은 폴리머 "강모"를 추가함으로써 용액에서 결정의 자가 조립을 시작하고 일시 중지하는 방법을 발견했습니다. 이 결정은 언젠가 표적 약물 치료를 위한 약을 캡슐화하는 데 사용될 수 있습니다.

눈송이에서 석영에 이르기까지 자연의 결정 구조는 신뢰할 수 있고 체계적인 대칭을 이루고 있습니다. 결정질 물질의 형성을 연구하는 드렉셀 대학(Drexel University)의 연구원들은 편평한 결정의 대칭적 성장을 방해하고 속이 빈 결정 구를 형성하도록 유도하는 것을 포함하여 결정이 성장하는 방식을 제어하는 ​​것이 이제 가능하다는 것을 보여주었습니다. 이번 발견은 표적 약물 치료를 위한 약물 캡슐화에 초점을 맞춘 광범위한 설계 노력의 일부입니다.

최근 과학 저널 Nature Communications에 보고된 새로운 개발은 다음과 같습니다.크리스토퍼 리 박사 , Drexel 공과대학 교수는 재료 과학 및 공학과에서 특수 용도를 위한 엔지니어링 고분자 구조를 중심으로 연구하고 있으며, 녹스빌 소재 테네시 대학교 화학과 교수인 Bin Zhao 박사와 협력하고 있습니다. 그들의 연구는 고분자 결정 구와 같은 구조가 물리적으로 성장을 조작하는 대신 용액에 화학 물질을 혼합함으로써 어떻게 형성될 수 있는지를 보여줍니다.

"대부분의 결정은 규칙적인 패턴으로 성장합니다. 눈송이에 대해 생각해 보면 결정 플레이크 전체에 반복되는 단위 셀을 안내하는 병진 대칭이 있습니다. 우리가 발견한 것은 거대 분자 구조를 화학적으로 조작하여 이 병진 대칭이 되도록 하는 방법입니다. 분자가 결정화될 때 부서진다"고 Li는 말했다. "이는 결정이 형성될 때 결정의 전체적인 모양을 제어할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 과학적 중요성과 표적 치료법의 대량 생산에 미칠 수 있는 영향 측면에서 매우 흥미로운 발전입니다."

Li가 일반적으로 플레이크 모양의 결정을 구형으로 끌어올리기 위해 사용하는 기술은 브러시처럼 보이는 폴리머와 에멀젼 방울로 형성된 폴리머 결정을 사용한 이전 작업을 기반으로 합니다. 이러한 유연한 "병 브러시" 폴리머를 결정의 구조 시스템으로 통합하면 Li가 브러시의 "강모"를 조정하여 성장을 형성할 수 있습니다.

"병 브러시 폴리머는 가시를 둘러싸는 안감 강모를 가지고 있으며, 우리가 발견한 것은 강모를 한쪽에 포장함으로써 결정화 시 척추를 구부릴 수 있다는 것입니다."라고 Li는 말했습니다. "이것은 결정이 성장함에 따라 반복되는 패턴을 설정합니다. 따라서 평면으로 성장하는 대신 3차원적으로 곡선을 이루어 구형을 형성합니다."

이는 용액에 들어 있는 강모 폴리머의 양에 따라 병솔의 척추가 얼마나 구부러지는지 결정하고 이에 따라 수정구의 모양과 크기가 결정된다는 의미입니다.

Li의 팀은 또한 제조 과정에서 약용 페이로드를 삽입하는 데 유용할 수 있는 구에 구멍을 남겨서 결정 형성을 일시 중지하는 방법에 대해서도 보고했습니다. 일단 채워지면 맞춤형 폴리머로 닫혀 신체의 목표로 향하게 할 수 있습니다.

"우리는 한동안 이 성과를 위해 노력해 왔습니다"라고 Li는 말했습니다. "이 구형 결정학은 달걀 껍질부터 바이러스 캡시드까지 자연에서 볼 수 있는 견고한 구조로 나타나므로 우리는 이것이 신체에 약물을 전달하는 혹독한 상황에서 살아남을 수 있는 이상적인 형태라고 믿습니다. 결정의 특성을 다음과 같이 제어할 수 있습니다. 이는 이 응용 프로그램을 실현하는 데 중요한 단계입니다."

여기에서 전체 논문을 읽어보세요: https://www.nature.com/articles/s41467-020-15477-5

이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원을 받았습니다.

Li와 Zhao 외에도 Hao Qi 박사; Drexel의 Xiting Liu와 테네시 대학교의 Daniel M. Henn 박사가 이 연구의 공동 첫 번째 저자입니다. 산 메이 박사; Drexel의 Mark C. Staub도 이 연구에 참여했습니다.

Drexel News는 University Marketing and Communications에서 제작합니다.