Elucidating and designing genipin-crosslinked self-assembling peptides for tissue engineering applications using molecular dynamics approach

Spinal cord injury (SCI) is a severe debilitating neurological condition with a high incidence rate in the general population. As the demand for effective SCI therapies continues to grow, regenerative approaches offer a promising solution. Among these, self-assembling peptides (SAPs) are an innovative class of synthetic biomaterials known for their ability to form hydrogels. When combined with neural stem cells (NSCs), SAPs can potentially create cellularized, bioresorbable microchannels, which may be effective in treating SCI. However, SAPs generally possess relatively low mechanical properties, necessitating the use of crosslinkers to enhance their stability. Genipin, a natural crosslinker, has shown remarkable efficacy in this regard. In this thesis, we used molecular dynamics simulations to design a novel SAP, named 87, with improved self-assembling properties and enhanced interaction with genipin. These simulations allowed us to observe peptide-peptide and peptide-genipin interactions at an atomic level, providing insights that are not easily attainable through experimental methods.

La lesione al midollo spinale (SCI) è una condizione neurologica grave e debilitante con un'alta incidenza nella popolazione. Con l'aumento della domanda di terapie efficaci per la SCI, gli approcci rigenerativi offrono una soluzione promettente. Tra questi, i peptidi autoassemblanti (SAP) rappresentano una classe innovativa di biomateriali sintetici, noti per la loro capacità di formare idrogeli. Quando combinati con cellule staminali neurali (NSC), i SAP possono creare microcanali cellularizzati e bioriassorbibili, che potrebbero essere efficaci nel trattamento della SCI. Tuttavia, i SAP generalmente possiedono proprietà meccaniche relativamente basse, rendendo necessario l'uso di agenti di reticolazione per migliorare la loro stabilità. La genipina, un agente reticolante naturale, ha dimostrato una notevole efficacia nel reticolare i SAP. In questa tesi, abbiamo utilizzato simulazioni di dinamica molecolare per progettare un nuovo SAP, denominato 87, con elevate proprietà di autoassemblaggio e un’ottima interazione con la genipina. Queste simulazioni ci hanno permesso di osservare le interazioni tra peptidi e tra peptidi e genipina a livello atomico, fornendo una comprensione del fenomeno che non è facilmente raggiungibile attraverso metodi sperimentali.