Peptide-Viologen Conjugates as Supramolecular Tools for Nanomaterials Design

Abstract

[Abstract] One of the main challenges in nanotechnology is the development of complex and smart materials, whose properties can be modulated by application of external stimuli such as changes on pH or red/ox potential. Among all biomolecules, peptides are versatile and biocompatible platforms that constitute ideal starting points for the development of materials with biomedical applications. In this context, the aim of this project is the design and development of coiled coil peptide conjugates functionalized with pseudoviologen units. These conjugates are expected to form supramolecular nanostructures upon the addition of cucurbit[8]uril, which can be controlled by modifying the pH of the medium. For this purpose, an activated pseudoviologen and two peptides, which are known to form a parallel heterodimeric coiled coil structure, were prepared. Both peptides were coupled with the pseudoviologen moiety following a solid phase Zincke reaction protocol. NMR and HPLC-MS were used to follow the reactions and characterize the products. The final conjugates were purified by reversed-phase semipreparative HPLC. The formation of coiled coil heterodimers was confirmed by CD, and the self-assembly of the coiled coil oligomers upon addition of CB[8] was studied by UV spectroscopy, TEM and DLS. These techniques show good preliminary results that indicate the formation of nanometric fibrils.

[Resumo] Un dos principais retos en nanotecnoloxía é o desenvolvemento de materiais complexos e intelixentes cuxas propiedades poidan ser modificadas mediante a aplicación de estímulos externos como cambios de pH ou de potencial red/ox. Entre todas as biomoléculas, os péptidos son plataformas versátiles e biocompatibles que constitúen puntos de partida ideais para o desenvolvemento de materiais con aplicacións biomédicas. Neste contexto, o obxectivo deste proxecto é o deseño e desenvolvemento de conxugados peptídicos con estrutura “coiled coil” funcionalizados con unidades pseudoviolóxeno. Espérase que estes conxugados formen nanoestruturas supramoleculares tras a adición de cucurbit[8]urilo, as cales poden ser controladas modificando o pH do medio. Para este propósito, preparáronse un pseudoviolóxeno activado e dous péptidos coñecidos por formar unha estrutura de “coiled coil” paralela e heterodimérica. Ambos péptidos acopláronse coa fracción pseudoviolóxeno seguindo un novo protocolo de reacción de Zincke en fase sólida. Empregáronse técnicas de RMN e HPLC-MS para seguir as reaccións e caracterizar os produtos. Os conxugados finais foron purificados mediante HPLC semipreparativo en fase reversa. A formación dos heterodímeros “coiled coil” confirmouse por DC. Finalmente, estudiouse a autoensamblaxe dos oligómeros “coiled coil” tras a adición de CB[8] mediante espectroscopía UV, TEM e DLS. Estas técnicas mostran bos resultados preliminares que indican a formación de fibras nanométricas.

[Resumen] Uno de los principales retos en nanotecnología es el desarrollo de materiales complejos e inteligentes cuyas propiedades se puedan modificar mediante la aplicación de estímulos externos como cambios de pH o de potencial red/ox. Entre todas las biomoléculas, los péptidos son plataformas versátiles y biocompatibles que constituyen puntos de partida ideales para el desarrollo de materiales con aplicaciones biomédicas. En este contexto, el objetivo de este proyecto es el diseño y desarrollo de conjugados peptídicos “coiled coil” funcionalizados con unidades pseudoviológeno. Se espera que estos conjugados formen nanoestructuras supramoleculares tras la adición de cucurbit[8]urilo, las cuales pueden ser modificadas modificando el pH del medio. Para este propósito, se prepararon un pseudoviológeno activado y dos péptidos conocidos por formar estructuras “coiled coil” paralelas y heterodiméricas. Ambos péptidos se acoplaron con la fracción pseudoviológeno siguiendo un mecanismo de reacción de Zincke en fase sólida. Se emplearon técnicas de RMN y HPLC-MS para seguir las reacciones y caracterizar los productos. Los conjugados finales fueron purificados por HPLC semipreparativo en fase reversa. La formación de heterodímeros “coiled coil” se confirmó por DC. Finalmente, se estudió el ensamblaje de los oligómeros “coiled coil” tras la adición de CB[8] mediante espectroscopía UV, TEM y DLS. Estas técnicas muestran buenos resultados preliminares que indican la formación de fibrillas nanométricas.