Jin Kim Montclare, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, con affiliazioni alla NYU Langone Health e alla NYU College of Dentistry, ha diretto questa ricerca con il primo autore Michael Meleties, compagno di dottorato studente Dustin Britton, associata post-dottorato Priya Katyal, e l'assistente di ricerca universitaria Bonnie Lin.

A causa delle loro proprietà sintonizzabili, gli idrogel comprendenti polimeri sensibili agli stimoli sono tra gli scaffold molecolari più attraenti perché la loro versatilità consente applicazioni nell'ingegneria tissutale, consegna di farmaci e altri campi biomedici.

I peptidi e le proteine ​​sono sempre più popolari come elementi costitutivi perché possono essere stimolati ad autoassemblarsi in nanostrutture come nanoparticelle o nanofibre, che consente la gelificazione, la formazione di idrogel supramolecolari che possono intrappolare acqua e piccole molecole. Ingegneri, per generare biomateriali così intelligenti, stanno sviluppando sistemi in grado di rispondere a una moltitudine di stimoli incluso il calore. Sebbene gli idrogel termosensibili siano tra le classi ampiamente studiate e ben comprese di biomateriali proteici, Secondo quanto riferito, si stanno compiendo progressi sostanziali anche nell'incorporare la reattività agli stimoli, tra cui pH, leggero, forza ionica, redox, così come l'aggiunta di piccole molecole.

I ricercatori della NYU Tandon, che in precedenza ha riportato un idrogel reattivo formato utilizzando una proteina a spirale, Q, hanno ampliato i loro studi per identificare la gelificazione della proteina Q a temperature e condizioni di pH distinte.

Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione, reologia e analisi strutturali, hanno osservato che Q si autoassembla e forma idrogel a base di fibre che mostrano un comportamento alla temperatura di soluzione critica superiore (UCST) con proprietà elastiche aumentate a pH 7,4 e pH 10. A pH 6, però, Q forma nanoparticelle polidisperse, che non si autoassemblano ulteriormente e subiscono la gelificazione. L'elevata carica netta positiva di Q a pH 6 crea una significativa repulsione elettrostatica, impedendone la gelificazione. Questo studio guiderà potenzialmente lo sviluppo di nuovi scaffold e biomateriali funzionali che sono sensibili a stimoli biologicamente rilevanti

Montclare ha spiegato che il comportamento della fase della temperatura critica superiore della soluzione (UCST) è caratterizzato da una soluzione che formerà un idrogel quando viene raffreddata al di sotto di una temperatura critica.

"Nel nostro caso, è dovuto alla reticolazione/intreccio fisico delle fibre che il nostro idrogel a base di fibre forma quando viene raffreddato, " lei disse, aggiungendo che quando la temperatura viene innalzata al di sopra della temperatura critica, l'idrogel ritorna in soluzione e la maggior parte delle fibre dovrebbe districarsi.

"Nel nostro studio, abbiamo visto come questo processo è influenzato dal pH. Riteniamo che l'elevata carica netta della proteina a pH 6 crei repulsioni elettrostatiche che impediscono alla proteina di assemblarsi nelle fibre e ulteriormente negli idrogel, mentre a pH più alti dove ci sarebbe meno repulsione elettrostatica, la proteina è in grado di assemblarsi in fibre che possono poi subire la gelificazione."