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  自組裝多肽凝膠由于其具有良好的生物可降解性、生物相容性、低毒性，因此被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、藥物遞送、生物傳感器生物工程、納米藥物和功能性材料。目前研究者主要將精力集中在疏水性多肽凝膠的制備和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，但基于分子設(shè)計(jì)和凝膠性能之間的關(guān)系尚不明晰。同時(shí)現(xiàn)有的多肽凝膠的分子序列大多由疏水性和芳香族氨基酸組成，其溶解性限制了多方面的應(yīng)用。自然氨基酸由20種組成，分子設(shè)計(jì)能夠滿足許多特定需求的領(lǐng)域的應(yīng)用，但是氨基酸側(cè)鏈性質(zhì)與分子組成以及分子性能的關(guān)系還處于初步探索階段。

  針對(duì)自組裝多肽分子結(jié)構(gòu)和凝膠性能的關(guān)系，潘思軼教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合，建立一種篩選多肽分子凝膠的方法。同時(shí)探索其自組裝性能和凝膠形成機(jī)制，此方法能夠?yàn)槎嚯哪z在多領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路的基礎(chǔ)。本工作以400種毒性較小的碳鏈修飾的二肽（C₁₃-dipeptide）為目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)（粗�；肿觿�(dòng)力學(xué)模擬（coarse-grain dynamics molecular simulations））對(duì)400種C₁₃-dipeptide進(jìn)行水相中模擬，通過(guò)聚集程度（APS）推測(cè)是否可能形成凝膠，隨后根據(jù)聚集程度APS的結(jié)果，篩選出可能的序列并挑選進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并通過(guò)全原子分子動(dòng)力學(xué)模擬（all-atom dynamics molecular simulations）探究其自組裝機(jī)制。

圖一. (a) 400種C₁₃-dipeptides的APs排序，(b) 20種氨基酸對(duì)APs的貢獻(xiàn)。

  該團(tuán)隊(duì)通過(guò)以C₁₃-GG最簡(jiǎn)單的側(cè)鏈組成的二肽作為基準(zhǔn)，對(duì)模擬出來(lái)的聚集程度（AP）進(jìn)行校正，考慮側(cè)鏈基團(tuán)的大小和性質(zhì)，將APs替代傳統(tǒng)的AP值，更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)C₁₃-dipeptides的聚集程度，更好的達(dá)到預(yù)測(cè)該分子是否為凝膠因子。

圖二. 全原子模擬結(jié)構(gòu) (a) C₁₃-WR, (b) C₁₃-YK, (c) C₁₃-KW, (d) C₁₃-GW, (e) C₁₃-WY, (f) C₁₃-WS, (g) C₁₃-WT, (h) C₁₃-VY and (i) C₁₃-WD

  隨后，在全APs分布下挑選9種C₁₃-dipeptides (0.250 (C₁₃-YK/0.266, C₁₃-KW/0.265, C₁₃-GW/0.250 and C₁₃-WY/0.246), 0.2000 (C₁₃-WS/0.233 and C₁₃-WT/0.211), and 0.150 (C₁₃-VY/0.179 and C₁₃-WD/0.156))，并合成通過(guò)酸誘導(dǎo)方式形成凝膠，為粗�；M的結(jié)果做驗(yàn)證，并通過(guò)全原子模擬和實(shí)驗(yàn)手段探究C₁₃-dipeptides自組裝機(jī)制。

五種凝膠的照片（凝膠形成18h）

  在挑選的9中多肽中，當(dāng)APs分布在0.156< APs <0.250能形成凝膠，其凝膠性能不一，多尺度的實(shí)驗(yàn)手段測(cè)量表明凝膠穩(wěn)定性：C₁₃-VY > C₁₃-WS > C₁₃-WY > C₁₃-WT > C₁₃-GW。全原子結(jié)果表明，C₁₃-dipeptides的聚集先通過(guò)疏水相互作用聚集，隨后通過(guò)氫鍵作用和靜電相互作用進(jìn)行重排聚集。此結(jié)果能夠?yàn)镃₁₃-dipeptides凝膠的設(shè)計(jì)提供理論支撐，為多肽凝膠在多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用提供理論支撐。

  以上相關(guān)成果發(fā)表在Biomacromolecules. 2019, DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01386.論文的共同第一作者為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院胡坦博士，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院張卓副教授，通訊作者為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)潘思軼教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biomac.9b01386