ペプチド両親媒性物質のワンショット合成とDirected Graphenic Assemblyへの応用

One-shot Synthesis of Peptide Amphiphiles with Applications in Directed Graphenic Assembly.

• Karoline Eckhart
• Francesca Starvaggi
• Stefanie A Sydlik

抄録

自己組織化する高分子量の合成ブロックコポリペプチドは、生物医学的応用のために高い需要があります。ブロックコポリペプチドの合成のための現在の標準は、α-アミノ酸N-カルボキシ無水物(NCA)モノマーの制御開環重合(ROP)によるものであり、NCAモノマーの逐次添加によってブロック構造を作成することができる。最近、研究者は、特に指定されたポリペプチド施設のない学際的な研究室にとって、NCA ROPをより便利にする反応条件と開始システムの開発に焦点を当てています。ポリペプチド合成をさらに単純化し、利便性を高めるために、我々は、NTA（N-カルボキシ無水物）モノマーと比較してNCAモノマーの本質的に速い反応性を利用して、ブロックコポリペプチドへのアクセスを可能にするワンショット共重合戦略を開発しました。初めて、我々 はブロック コポリペプチド形成を運動学的に促進するために 1 つの反応で NCA と NTA モノマーを結合し、順次モノマーの追加に便利な代替手段を提供します。この共重合技術の制御された性質は、開始剤の濃度と低分散度によって調節される分子量によってサポートされています。我々は、既知のペプチド両親媒性(PA)であるp(リジン)--p(ロイシン)を合成するために、このワンショット共重合を使用しています。私たちのワンショットPAは抗菌性があり、自発的に秩序のあるミクロンスケールの集合体を形成することができます。また、ワンショットPAをグラフェン骨格に共有結合させることで、自己組織化した形態を持つ機能性グラフェン材料（FGM）が得られ、ポリペプチドをテンプレート化した階層的な秩序を持つ洗練されたFGM足場の作製への道が開かれました。全体的に、我々は、この新しい、ワンショット共重合戦略は、巨視的な配列制御を持つ機能的なコポリペプチドを生成することを実証しています。

High molecular weight, synthetic block copolypeptides that self-assemble are in high demand for biomedical applications. The current standard for synthesis of block copolypeptides is through the controlled ring opening polymerization (ROP) of α-amino acid N-carboxyanhydride (NCA) monomers, where block architectures can be created by sequential NCA monomer addition. Recently, researchers have focused on developing reaction conditions and initiation systems that make NCA ROP more convenient, particularly for interdisciplinary labs without designated polypeptide facilities. In an effort to further simplify and increase the convenience of polypeptide synthesis, we developed a one-shot copolymerization strategy that allows access to block copolypeptides by capitalizing on the inherently faster reactivity of NCA monomers compared to NTA (N-carboxyanhydride) monomers. For the first time, we combine an NCA and NTA monomer in one reaction to kinetically promote block copolypeptide formation, providing a convenient alternative to sequential monomer addition. The controlled nature of this copolymerization technique is supported by a molecular weight that is modulated by the concentration of initiator and low dispersities. We used this one-shot copolymerization to synthesize p(Lysine)--p(Leucine), a known peptide amphiphile (PA). Our one-shot PAs are antimicrobial and can spontaneously form ordered, micron-scale assemblies. Covalent conjugation of one-shot PAs to a graphenic backbone results in a functional graphenic material (FGM) with a self-assembled morphology, paving the way for creation of sophisticated FGM scaffolds with polypeptide-templated, hierarchical order. Overall, we demonstrate that this novel, one-shot copolymerization strategy produces functional copolypeptides with macroscopic sequence control.