生物的表面の次世代の Nanoengineering

先生によってポーラ Mendes

ポーラ Mendes の化学工学の学校バーミンガム大学先生
対応する著者: P.M.Mendes@bham.ac.uk

Nanoscience およびナノテクノロジーは分子およびナノメーターのスケールで問題の調査か、イメージ投射か、測定するか、模倣するか、または処理を含みます。 生物系へのナノテクノロジーそして nanoscience のアプリケーション - bionanotechnology として知られている1 - 把握ヘルスケアの今日の挑戦の多数の解決の約束。 劇的な進歩は癌、アルツハイマー病、多発性硬化または慢性関節リウマチのようないくつかの人間の病気の敏感な、早期検出に、貢献できる生命科学の研究で期待されます。

薬剤配達、ティッシュ工学および薬剤の発見のような治療上のフィールドはまた bionanotechnology の前進から、非常に寄与します。 頻繁に考慮されてが1 21 世紀の主要な技術の 1 つ、 bionanotechnology はかなり胚状態にまだあり、潜在性の多くはまだ実現されるべきです。 表面の bionanotechnology は - 分子およびナノメーターのスケールの理解し、正確に制御し、そして処理の表面の生物的特性の科学技術 - bionanotechnology の最もエキサイティングな、可能性としては重要な分野の 1 つです。

バーミンガム大学先生の研究Mendes' 目的は更に基本的なレベルのそして生物的および医学アプリケーションの方の学際的な表面の bionanotechnology フィールドを開発することです。 Mendes 先生の研究グループは生物系とナノテクノロジーをインターフェイスさせることによって分子そして長さナノメーターのスケールで正確に制御され、処理され、生物的特性が付いている表面材料を生成することを向けます。

研究のこのフィールドは bionanotechnology の最もエキサイティングな、可能性としては重要な分野の 1 つですが、今のところ限定された進歩はデザインおよび製造プロセスにかかわる複雑さが部分的に原因でなされました。 この意欲的な挑戦に取り組むためには、私達はずっと模造され、刺激敏感な設計することの表面のための2 進歩の方法を3 開発しています。 模造された生物的表面のフィールドの中では、 Mendes' Machesky のグループ (癌研究のための Beatson の協会、イギリス) と共同する先生の研究グループは運動性および4 広がりのためにガラス表面の特定のマイクロ領域のセル接着剤 (fibronectin) および非セル接着剤 (牛のようなアルブミン - 得るために BSA) 蛋白質の空間的な固定を制御するように方法をセルが環境および形式の新しい付着をどのようにに探索するか貴重な洞察力を連絡します開発しました。

Mendes 先生は filopodia および filopodial/lamellipodial の転移両方の調査のためにマイクロ接触の (MEF)印刷 (µCP) およびマウス萌芽期の繊維芽細胞のセルを使用しました。 µCP は 10 BSA と埋め戻された µm から 2.5 µm におよび 10 の µm と 0.5 の µm の間で間隔変わる幅と fibronectin の線形パターンを作成するために用いられました。 Fibronectin 領域は denaturated BSA 領域は私達がセルが非接着剤領域とどのように相互に作用しているか検査することを可能にしたが、作動のシグナルおよび付着力の表面を提供しました。 MEF のセルはこれらの模造された表面で広がれましたより広い fibronectin の幅および BSA のギャップのために (5 つの µm X つの 5 µm および 10 µm X 10 の µm によって模造される表面) 広がりのオリエンテーションは縞模様 (図 1) の方に常にありました。

図 1: 画像は 10 本の µm の fibronectin の縞で広がっている MEF の timelapse からの単一フレームです。

これらのより広い線形模造された表面の使用によって、そして lamellipodia こと、しかしない filopodia は耐久性がある突起ことをのために、付着を lamellipodia のサイズが縞の幅に依存していなかった必要としますことを観察することもまた可能でした。 これらの調査はまた filopodia への Arp2/3 複合体のローカリゼーションが付着の独立であること、私達がセル、特に広がりの Arp2/3 複合体の介入についての詳細を学ぶことを可能にし。 もっと最近、 Mendes 先生は強い5 作成するためにプロトコルを開発し、セルにセル通信連絡を含むいろいろ実験プロシージャのための制御された空間的な構造と開発されるように実行可能なセルがのアレイをする物質的な表面に細菌の高リゾリューションパターンは調査します。

刺激敏感な表面のフィールドの中では、 Mendes' 先生の研究グループは機能性を6 そのままでつけるために正常に用いられた表面が付いている蛋白質の相互作用を処理する前例のない機能を提供するエレクトロ実行中の表面を開発しました。 応用電気潜在性に応じて biomolecular 相互作用を調整する容量がある切替可能な生物的表面7 - 表面限られたエレクトロ切替可能なペプチッドまた - の新しいクラスは生成されました。

このシステムは金の表面につなぎ留められる正荷電の oligolysine のペプチッド、そのような物の conformational 切換えに oligolysines の終わりで組み込まれる bioactive 分子一部分 - ビオチン - が (生物実行中の状態) 露出されるまたは (生物作動しない状態) オンデマンド式で隠すことができること基づいています (表面の潜在性の機能として図 2)。 oligolysine のペプチッド展示品は表面で生物活動の切替え " on " そして " off " に基礎を提供する pH =7 でアミノの側鎖を protonated。

例えば、否定的な潜在性のアプリケーションに、正荷電の分子システムは bioactive 一部分 (図 2) を保護する機械分子動きの原因となる表面に静電気の魅力を経験します。 提案された切替えのメカニズムの実行可能性をテストするためには私達は磁気テープ切替装置として biorecognition のモチーフとして端 functionalised biotinylated ペプチッド、 4 リジンの残余および金の表面の自己組み立てられた単一層の形成 - (SAM) ビオチンLys Lys Lys Lys Cys (ビオチンKKKKC) にターミナルシステインを選びました。

図 2. 生物実行中および生物作動しない状態間の TEGT-biotinylated の混合されたペプチッド SAMs の切換えの図式的な表示。 適用される電気潜在性によってペプチッドは露出しか、またはビオチンのサイトを隠し、 NeutrAvidin に結合を調整できます。

立体妨害なしで切換えに隣の分子からの conformational 変更を経ることができること表面で各々の biotinylated ペプチッドに十分で空間的な自由を提供するためには、そのような物は、金の表面 2 コンポーネントと、ビオチンKKKKC のペプチッドの混合された SAM および三 (エチレン・グリコール) - 終えられたチオール ( (TEGT)図 2) functionalised。

表面行きの biotinylated ペプチッドの互いに作用し合う分子向きかえのための十分で空間的な自由の保障から離れて、短い oligo (エチレン・グリコールの) グループは蛋白質から無指定の相互作用を防ぎます。 制御、 2 コンポーネントがまたビオチンの一部分 - KKKKC なしで TEGT およびペプチッドを使用して、混合された SAM 準備されたように。 生物的特性の切替えの原動力はビオチンと蛍光に分類された NeutrAvidin 間の結合のイベントの観察によって調査されました。

オープン回路の状態 (応用潜在性無し) ののけい光顕微鏡の画像そして SPR + 0.3 ボルトの分光データはっきり明らかにされた結合、 - 0.4 ボルトの (OC)減らされた不良部分、および中間結合。 混合された SAMs に適用される電気潜在性によって SAM に組み込まれる bioactive 分子は不良部分のために十分に (+ 0.3 ボルト、生物実行中の状態) 露出されるまたは隠すことができます (- 結合親和性が生物実行中の州 (図 3) の 90% にに減らすことができる限りで 0.4 ボルト、生物作動しない状態)。 なお、可逆性はまた SPR によって開発された切替可能な表面が biomolecular 相互作用の可逆制御を可能にすることを示しました調査します。

ビオチンKKKKC に NeutrAvidin の結合を示す図 3. SPR の sensorgram トレース: TEGT 混合された SAMs および KKKKC: OC の条件および応用陽性の下の TEGT 混合された SAMs (+ 0.3 の V) および陰性 (- 0.4 の V) 潜在性。

この表面の技術はナノメーターのスケールで特定の biomolecular 相互作用、設定生物的研究の前進のための段階、薬、人間工学および生物工学のオンオフの切換えを誘導するのに表面限られた満たされたペプチッドリンカの一義的でダイナミックな特性を利用します。


参照

1. C.M. Niemeyer、 C.A. Mirkin、ワイリーVCH Verlag の Gmbh 及び Co. KGaA、 Weinheim 2004 年。
2. P.M. Mendes、 C.L. Yeung、 J.A. Preece の Nanoscale の研究は 2007 年、 2、 373 に文字を入れます。
3. P.M. Mendes は、化学社会 2008 年、 37、 2512 を見直します。
4. S.A. ジョンソン、 J.P. Bramble、 C.L. Yeung、 P.M. Mendes、 L.M. Machesky の BMC の細胞生物学 2008 年、 9、 65。
5. C. Costello、 J。 - U。 Kreft、 C.M. トマス、 P.M. Mendes、 Nanoproteomics: 方法およびプロトコル、 S. Toms および R. Weil のスプリンガーのプロトコルの ED。。 分子生物学、 Humana の出版物の方法。 出版物。
6. P.M. Mendes、 K.L. Christman、 P. Parthasarathy、 E. Schopf、 J. Ouyang、 Y. ヤン、 J.A. Preece、 H.D. Maynard、 Y. 陳、 J.F. Stoddart の Bioconjugate 化学 2007 年、 18 1919 年。
7. C.L. Yeung、 P. Iqbal、 M. アラン、 M. Lashkor、 J.A. Preece、 P.M. Mendes の高度の機能材料 2010 年、 20、 2657。

、版権 AZoNano.com ポーラ Mendes (バーミンガム大学) 先生

Date Added: Dec 1, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:20

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