近日，以色列特拉維夫大學的Gazit課題組在Wiley旗下期刊《先進材料》上發表了題為“Unusual Two-Step Assembly of a Minimalistic Dipeptide-Based Functional Hypergelator”的論文，報道了一種基於賴氨酸（Lys）和天冬氨酸（Asp）的新型二肽凝膠劑Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp。
圖1. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp的分子設計及凝膠性能表徵
自組裝多肽在室溫下自組裝形成納米纖維3D網絡超分子凝膠已經是經典的自組裝過程，美國西北大學的Stupp課題組在這方面做了很多出色的工作1,2。近些年來，多肽水凝膠已經從實驗室走向了產品化。製備低臨界凝膠濃度（critical gelation concentration，CGC）的凝膠劑是很多科學家追求的目標。在本文報道的二肽凝膠劑Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp之前，還沒有科學家制備出CGC低於0.007 wt%的多肽凝膠劑（FEFEFKFKFEFEFKFK十六肽）。Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp在0.002 wt%的濃度下就可以形成凝膠，吸水率5萬倍，是名副其實的 “超級” 凝膠劑！
雖然多肽類凝膠劑並不新鮮，文章報道的二肽凝膠劑在分子設計上獨具一格：兩個巨大的Fmoc基團和兩個高度帶電的羧基分居分子兩側，分別形成了強疏水端和強親水端，親疏水端相互平衡才使得低CGC穩定凝膠體系的形成成為可能。
二肽超級凝膠劑的形成是依賴於時間的，總體來講分為兩步。首先二肽分子形成微米級球狀聚集體凝膠，放置一段時間後，球狀聚集體繼而自組裝成只有1.5 nm的納米纖維交聯網絡。通常情況下，自組裝都是bottom-up的過程，由小結構逐漸演變為大結構。而本文所報道的自組裝路線確實像文章題目所述，是“不尋常”的。作者採用了流變力學性能測試、粉末X射線衍射、光譜及固體核磁對自組裝過程進行了表徵。
圖2. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp凝膠兩步自組裝過程的實驗表徵
作者對Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp自組裝過程的研究很是系統，除了以上實驗的表徵外，還進行了粗粒分子動力學（CG-MD）模擬，印證和進一步揭示了兩步自組裝形成膠狀聚集體的機理。
圖3. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp凝膠兩步自組裝過程的分子動力學模擬
為了證明分子設計的獨一無二，作者又合成了另外13種具有相似結構的二肽，並對比了它們的凝膠效率。此外，作者製備了聚苯胺-二肽複合凝膠並初步探索了將其用作3D細胞培養骨架的可能性。
圖4. 凝膠用於3D細胞培養
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906043
參考文獻：
1. https://doi.org/10.1002/bip.21328
2. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.7b00297
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