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Monomer Composition as a Mechanism to Control the Self-Assembly of Diblock Oligomeric Peptide–Polymer Amphiphiles
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-17 , DOI: 10.1021/acsnano.4c08028 Benjamin P Allen 1 , Sabila K Pinky 2 , Emily E Beard 1 , Abigail A Gringeri 1 , Nicholas Calzadilla 1 , Matthew A Sanders 1 , Yaroslava G Yingling 2 , Abigail S Knight 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-17 , DOI: 10.1021/acsnano.4c08028 Benjamin P Allen 1 , Sabila K Pinky 2 , Emily E Beard 1 , Abigail A Gringeri 1 , Nicholas Calzadilla 1 , Matthew A Sanders 1 , Yaroslava G Yingling 2 , Abigail S Knight 1
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Diblock oligomeric peptide–polymer amphiphiles (PPAs) are biohybrid materials that offer versatile functionality by integrating the sequence-dependent properties of peptides with the synthetic versatility of polymers. Despite their potential as biocompatible materials, the rational design of PPAs for assembly into multichain nanoparticles remains challenging due to the complex intra- and intermolecular interactions emanating from the polymer and peptide segments. To systematically explore the impact of monomer composition on nanoparticle assembly, PPAs were synthesized with a random coil peptide (XTEN2) and oligomeric alkyl acrylates with different side chains: ethyl, tert-butyl, n-butyl, and cyclohexyl. Experimental characterization using electron and atomic force microscopies demonstrated that the tail hydrophobicity impacted accessible morphologies. Moreover, the characterization of different assembly protocols (i.e., bath sonication and thermal annealing) revealed that certain tail compositions provide access to kinetically trapped assemblies. All-atom molecular dynamics simulations of micelle formation unveiled key interactions and differences in core hydration, dictating the PPA assembly behavior. These findings highlight the complexity of PPA assembly dynamics and serve as valuable benchmarks to guide the design of PPAs for a variety of applications, including catalysis, mineralization, targeted sequestration, antimicrobial activity, and cargo transportation.
中文翻译：
单体组成作为控制二嵌段寡聚肽-聚合物两亲物自组装的机制
二嵌段寡聚肽-聚合物两亲物 （PPA） 是生物杂交材料，通过将肽的序列依赖性特性与聚合物的合成多功能性相结合，提供多功能功能。尽管 PPA 具有作为生物相容性材料的潜力，但由于聚合物和肽段发出的复杂的分子内和分子间相互作用，用于组装成多链纳米颗粒的 PPA 的合理设计仍然具有挑战性。为了系统地探索单体组成对纳米颗粒组装的影响，用无规卷曲肽 （XTEN2） 和具有不同侧链的低聚烷基丙烯酸酯合成了 PPA：乙基、叔丁基、正丁基和环己基。使用电子力和原子力显微显微镜的实验表征表明，尾部疏水性会影响可接近的形态。此外，不同组装方案（即浴超声处理和热退火）的表征表明，某些尾部组成提供了对动力学捕获组装体的访问。胶束形成的全原子分子动力学模拟揭示了核心水合的关键相互作用和差异，决定了 PPA 组装行为。这些发现突出了 PPA 组装动力学的复杂性，并作为指导各种应用（包括催化、矿化、靶向封存、抗菌活性和货物运输）的 PPA 设计的宝贵基准。
更新日期：2024-09-17
中文翻译：
单体组成作为控制二嵌段寡聚肽-聚合物两亲物自组装的机制
二嵌段寡聚肽-聚合物两亲物 （PPA） 是生物杂交材料，通过将肽的序列依赖性特性与聚合物的合成多功能性相结合，提供多功能功能。尽管 PPA 具有作为生物相容性材料的潜力，但由于聚合物和肽段发出的复杂的分子内和分子间相互作用，用于组装成多链纳米颗粒的 PPA 的合理设计仍然具有挑战性。为了系统地探索单体组成对纳米颗粒组装的影响，用无规卷曲肽 （XTEN2） 和具有不同侧链的低聚烷基丙烯酸酯合成了 PPA：乙基、叔丁基、正丁基和环己基。使用电子力和原子力显微显微镜的实验表征表明，尾部疏水性会影响可接近的形态。此外，不同组装方案（即浴超声处理和热退火）的表征表明，某些尾部组成提供了对动力学捕获组装体的访问。胶束形成的全原子分子动力学模拟揭示了核心水合的关键相互作用和差异，决定了 PPA 组装行为。这些发现突出了 PPA 组装动力学的复杂性，并作为指导各种应用（包括催化、矿化、靶向封存、抗菌活性和货物运输）的 PPA 设计的宝贵基准。
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