Παραγωγή και χαρακτηρισμός βιοεμπνευσμένων υλικών σε βακτήρια

Abstract

Fibrous proteins are the building blocks of many biological tissues and natural materialssuch as wool and silk. They often display very interesting mechanical and elastic propertiesand serve as structural scaffolds for the design and production of artificial scaffolds as theyprovide support for cell attachment, proliferation and differentiation. A class of fibrousproteins is used by viruses and bacteriophages as adhesins. In previous studies octapeptidesderived from the adenovirus fiber shaft sequence that self assemble into fibrils, were usedto decorate 3D structures for the deposition of calcium minerals.The subject of the present thesis is a protein that corresponds to the adenovirus fiber shaftfragment and has the propensity to self assemble into fibrils. The first part is focused onthe expression and structural characterization of the protein corresponds to amino acids 61– 392, while in the second part a laser processing technique is presented using singlenanosecond pulses of a KrF laser (λ=248 nm) for the treatment of protein films cast onquartz plates. After laser treatment of the film surface, a new foamy layer was formed uponsingle pulse irradiation. This laser induced micro foam structure was characterized byseveral microscopic methods, whereas the photochemical modifications by employing thelaser induced fluorescence (LIF) technique in order to detect the differences between theirradiated surfaces compared to the non-irradiated ones. Finally the attachment andproliferation of a model fibroblast cell line on the irradiated and non-irradiated proteinfilms, was tested andcompared.The results indicated that the cells attach selectively to the irradiated areas of the proteinfilm, therefore the laser processing of protein films that we proposed, can be used as amethod for inducing selective cell patterning at the microscale as it is a rapid and low costoperation.

Οι ινώδεις πρωτεΐνες αποτελούν τα δομικά στοιχεία πολλών βιολογικών ιστών και φυσικών υλικών όπως το μαλλί και το μετάξι. Τέτοιες ινώδεις πρωτεΐνες έχουν ενδιαφέρουσες μηχανικές και ελαστικές ιδιότητες και όλο και περισσότερο χρησιμεύουν ως μοντέλα για το σχεδιασμό νέων βιουλικών, όπως τα τεχνητά ικριώματα. Τα ικριώματα αυτά χρησιμοποιούνται για εφαρμογές μηχανικής ιστών, αφού έχει παρατηρηθεί ότι μπορούν να επάγουν την προσκόλληση, τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση των κυττάρων. Μια υποκατηγορία ινωδών πρωτεϊνών χρησιμοποιείται από ιούς σαν όργανα προσκόλλησης στα κύτταρα. Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι οκταπεπτίδια που αντιστοιχούν σε ακολουθίες του μίσχου αυτοοργανώνονται σε ινίδια τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ικριώματα για εναπόθεση αλάτων ασβεστίου. Στην παρούσα εργασία επικεντρωθήκαμε στην full length πρωτεΐνη που αντιστοιχεί στην επικράτεια του μίσχου του αδενοϊού. Το πρώτο μέρος της διατριβής εστιάζεται στην έκφραση και το δομικό χαρακτηρισμό της ετερόλογης πρωτεΐνης που περιλαμβάνει τα αμινοξέα 61 - 392, ενώ το δεύτερο μέρος της εργασίας αναφέρεται στην επεξεργασία της πρωτεΐνης με ακτινοβολία UV (Excimer KrF Laser, λ = 248nm). Κατόπιν διερευνήθηκαν τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των δομών που προέκυψαν από την φωτοαποδόμηση και οι φωτοχημικές αλλαγές τις οποίες έχουν υποστεί τα πρωτεϊνικά υποστρώματα στις περιοχές ακτινοβόλησης σε σχέση με τις μη ακτινοβολημένες, οι οποίες αξιολογούνται με τη μέθοδο LIF (Laser Induced Fluorescence). Καταληκτικά μελετήθηκε η δυνατότητα καλλιέργειας ινοβλαστών στις ακτινοβολημένες περιοχές και κατά πόσο αυτές αποτελούν προσφιλές περιβάλλον για την ανάπτυξη και επιβίωση κυττάρων σε σύγκριση με τις μη ακτινοβολημένες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ικριώματα τα οποία προέκυψαν αποτελούν μια ιδανικήλύση για εφαρμογές "cell patterning" καθώς τα κύτταρα δείχνουν μια φανερή προτίμηση για προσκόλληση και πολλαπλασιασμό στις ακτινοβολημένες περιοχές σε σχέση με τις μη ακτινοβολημένες, ενώ η μέθοδος η οποία προτείνεται αποτελεί μια γρήγορη και οικονομική εναλλακτική σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής ικριωμάτων.