• 

Thinking Big：上层建筑能否给医学带来新的希望

的里雅斯特大学的 SuperStructures 实验室正在寻找智能、纳米结构、水基、环保的生物材料，为当今一些最受关注的医学领域创造创新的治疗解决方案。我们很高兴该大学副教授 Silvia Marchesan 博士带我们参观了他们目前的研究，以解释上层建筑的自组装特性以及它们的操作如何为医学界带来极大的兴奋。

• 超大的医学可能性

• 肽作为候选药物的机会

对于的里雅斯特团队来说，分子自组装是疏水驱动的。疏水分子不喜欢水，因此在引入时会聚集在一起。这提供了一个备受追捧的机会，以确保分子不仅从溶液中沉淀出来，而且相互合作以接合并形成新的功能结构。在这样做时，会出现疏水袋。当使用肽（氨基酸的短链）产生此类事件时，可以创建各种功能团来催化反应，包括催化三联体和酶的催化功能团和合成基团。

为了对此进行扩展，任何通常不天然存在的官能团和新的催化功能都可以编码成结构。有趣的是，催化活性只存在于上层结构中，因为它们是由弱的、低能的非共价键结合在一起的。在组装时，该活性发挥功能，例如催化反应或抑制生物过程，并在不再需要时分解。找到正确的触发器很容易引起这样的反应——pH、温度、化学和光线的变化都被证明是有效的开关。

整个概念也具有积极的可持续性影响。就像离开房间时关灯可以节省电力一样，Marchesan 博士正在研究不可逆和可逆开关。对于可重复使用的元素，例如催化剂，可逆开关是必需的。对于催化或抗微生物活性的最终材料处理，转换需要是不可逆的。

超大的医学可能性

上层建筑为当今一些主要的医疗问题提供了独特的见解。正如Marchesan 博士所解释的那样；

“我们的重点是仅由两个或三个氨基酸组成的短肽，非常简单的分子。我们研究它们如何结合在一起形成不同的纳米结构，这使我们得到了一些令人兴奋的发现。我们可以证明，特定的三肽序列会抑制淀粉样蛋白-β 肽的原纤维化。此外，还有一种氨基酸可以作为破坏剂，不利于原纤维的形成。将它们结合起来，肽有可能自组装成纳米颗粒，当在淀粉样蛋白-β 肽上进行测试时，我们发现它可以抑制原纤维化。通常，这种肽聚集成原纤维或其他自组装状态，这是阿尔茨海默病背后病原体的核心。当然，这些实验目前还只是体外实验，还有很长的路要走。但这是一个很好的、充满希望的开始。”

这里的潜力在于，不是天然抗菌的简单构建块可以在需要时转换为展示抗菌活性。不可逆开关也有可能将这些自组装系统中的一个转换成静态的，这样即使释放到环境中也不会恢复任何抗菌活性。确实令人兴奋的想法！

肽作为候选药物的机会

到目前为止，众所周知，肽是不好的候选药物——酶很容易分解，因此它们在体内不会持续很长时间。然而，SuperStructure Lab 也在寻找解决方法。通过将 L-氨基酸（构成蛋白质的常见氨基酸）与其镜像结合起来。这些 D-氨基酸天然存在，但更为罕见。结合使用酸有助于实验室设计分子如何自组装和形成结构，这对延长材料的寿命非常重要。

他们的结果表明，组合的肽需要更长的时间来生物降解，并且可以通过控制几个因素来微调时间框架，包括放置的 D-氨基酸的数量、使用的类型、它们的位置和超分子结构的紧密度。L 和 D-氨基酸的外观和反应非常相似，但它们是手性的，它们是彼此的镜像，但不能重叠，因此以左手和右手形式存在。而且，就像一双鞋一样，它们只适合其对应的搭档：右鞋永远不适合左脚。

手性对于分子识别非常重要。在体内，分子能够相互识别。这种生物识别机制是药物发挥作用的基础。大多数药物是手性的，这对于选择性减少医疗副作用和可能的并发症非常重要。

Marchesan 博士对左右之间的这种相互作用非常感兴趣。

“在体内，主要是左旋氨基酸是左旋肽的组成部分，而左旋肽反过来又会产生左旋蛋白质和酶。我们正在寻找当你插入一个或两个 D-氨基酸并且里面有两个镜像时会发生什么”。

“就像爱丽丝穿过镜子一样。孩子的故事书中有一个著名的黑白插图，我们看到爱丽丝从现实世界爬过镜子进入仙境。最初，房间看起来非常相似，然后您开始注意到差异。例如，壁炉座钟看起来很相似，但在仙境中的那座钟的脸上却带着笑脸。我喜欢这样想我们的系统；它们与现实生活中的那些有一些共同的构建块，而另一些则略有不同。它们是我们的 D-氨基酸，赋予系统新的功能。”

迄今为止，该实验室的研究以及他们对可持续性的前瞻性思维方法表明，他们可能正处于重新考虑针对 21 世纪主要问题的治疗方法的边缘。也许，除了医学界，我们都应该对上层建筑的可能性寄予厚望。

领域：制药工艺,生物质材料