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생물학 표면의 차세대의 Nanoengineering

박사에 의하여 Paula Mendes

Paula Mendes 의 화학 공학의 학교, 버밍엄의 대학 박사
대응 저자: P.M.Mendes@bham.ac.uk

Nanoscience와 나노 과학은 분자 및 나노미터 가늠자에 사정의 연구 결과, 화상 진찰, 측정하거나, 만들거나, 조작을 관련시킵니다. bionanotechnology로 알려져 있는 생물 체계에 나노 과학 그리고 nanoscience의 응용 -1 - 파악 헬스케어에 있는 오늘 도전의 많은 것 해결의 약속. 극적인 돌파구는 암 Alzheimer의 질병, 다발성 경화증 또는 류마치스성 관절염과 같은 다수 인간적인 질병의 과민한 조기 발견에 기여할 수 있던 생명 공학 연구에서 예상됩니다.

약 납품 조직 기술설계 및 약 발견과 같은 치료 필드는 또한 bionanotechnology에 있는 어드밴스에서, 매우 유익할 것입니다. 수시로 고려해1 21세기의 주요 기술의 한개, bionanotechnology는 미발달 국가에 공정하게 아직도 있고 그것의 잠재력의 다량은 아직 실현될 것입니다. 지상 bionanotechnology는 - 분자 및 나노미터 가늠자에 이해 및 정확하게 통제 및 조작 지상 생물학 속성의 과학 그리고 기술 - bionanotechnology의 가장 활발한 잠재적으로 중요 지역의 한개입니다.

버밍엄의 대학박사 연구Mendes 목적은 기본적인 수준에 그리고 생물학과 의학 응용으로 둘 다 이분야 지상 bionanotechnology 필드를 더 개발하기 위한 것입니다. Mendes 박사 연구 단체는 생물 체계와 나노 과학을 조화시켜서 분자 길이 나노미터 가늠자에 정확하게 통제되고 조작하고 인 생물학 속성을 가진 지상 물자를 생성하는 것을 작정입니다.

연구의 이 필드는 bionanotechnology의 가장 활발한 잠재적으로 중요 지역의 한개입니다, 그러나 이제까지는 제한된 진전은 디자인과 제작 프로세스에서 관련시킨 복합성에게 분할 치러야한 보였습니다. 이 야심 있는 도전을 다루기 위하여는, 우리는 모방되고 자극 대답하는 설계하는 표면을 위한2 돌파구 방법론을3 개발하고 있습니다. 모방된 생물학 표면의 필드 안에, Mendes Machesky 단 (암 연구를 위한 Beatson 학회, UK)와 협력하여 박사 연구 단체는 운동성과4 퍼지기를 위해 유리제 표면의 특정 마이크로 지역에 있는 세포 접착제 (fibronectin)와 비 세포 접착제 (둔감한 혈청 알부민 - 얻기 위하여 BSA) 단백질의 공간 동원정지를 통제하도록 방법론을 세포가 그들의 환경과 양식 새로운 접착을 어떻게로 탐구하는지 귀중한 통찰력을 접촉합니다 개발했습니다.

Mendes 박사는 filopodia와 filopodial/lamellipodial 전환 둘 다의 연구 결과를 위해 마이크로 접촉 (MEF) 인쇄 (µCP)와 마우스 미발달 섬유아세포 세포를 이용했습니다. µCP는 10 µm에서 2.5 µm에와 10의 µm와 0.5 µm 사이에서 BSA로 도로 메워진 간격 변화하는 폭으로 fibronectin 선형 패턴을 만들기 위하여 채택되었습니다. Fibronectin 지구는 denaturated BSA 지구는 저희를 세포가 비 접착제 지역과 어떻게 상호 작용하는지 검토하는 가능하게 했는 그러나, 활성화 신호 및 접착성 표면을 제공했습니다. MEF 세포는 이 모방한 표면에 퍼질 수 있고, 더 넓은 fibronectin 폭 및 BSA 간격을 위해 (5개의 µm x개 5 µm와 10 µm x 10의 µm에 의하여 모방되는 표면) 퍼지기의 오리엔테이션은 줄무늬 방직 (숫자 1)의 방향으로 항상 이었습니다.

숫자 1: 심상은 10의 µm fibronectin 줄무늬에 퍼져 MEF의 timelapse에서 단 하나 프레임입니다.

이 더 넓은 선형 모방한 표면을 사용해서, lamellipodia의 규모가 줄무늬의 폭 에 의지하고 있지 않았다는 것을, 그리고 lamellipodia 관찰하는 것도 가능했습니다, 그러나 filopodia는 아닙니다 지속적인 돌출을 위해, 접착을 요구합니다. 이 연구 결과는 또한 filopodia에 Arp2/3 복합물의 지방화가 접착의 무소속자이다, 저희가 세포, 특히 퍼지기에 있는 Arp2/3 복합물의 관련에 관하여 더 많은 것을 배우는 것을 허용하고. 최근에, Mendes 박사는5 강력한 만들기 위하여 프로토콜을 개발하고 세포 에 세포 커뮤니케이션을 포함하여 다양한 실험적인 절차를 위한 통제되는 공간 구조물로 개발되는 것을 실행 가능한 세포의 소집이 허용하는 물자 표면에 박테리아의 고해상 패턴은 공부합니다.

자극 대답하는 표면의 필드 안에, Mendes 박사 연구 단체는 기능을6 제자리의 켜기 위하여 성공적으로 채택된 표면을 가진 단백질의 상호 작용을 조작하는 전례가 없는 기능을 제안하는 전기판 액티브한 표면을 개발했습니다. 적용되는 전기 잠재력에 응하여 생체 고분자 상호 작용을 통제하는 수용량이 있는 바꿀 수 있는 생물학 표면7 - 표면 좁은 전기판 바꿀 수 있는 펩티드 또한 -에는의 새로운 종류는 생성되었습니다.

이 시스템은 금 표면에 매어 놓이는 플러스로 충전된 oligolysine 펩티드, 그 같은의 conformational 엇바꾸기에 oligolysines의 끝에 통합된 bioactive 분자 모이어티 - 비타민B 복합체 -가 (생물 액티브한 국가) 드러내고 또는 (생물 비활동성 국가) 주문으로 은폐될 수 있다는 것을 기지를 둡니다 (지상 잠재력의 기능으로 숫자 2). oligolysine 펩티드 전시회는 표면에 생물 활성도의 전환 " on " 그리고 " off "를 기초를 제공하는 PH =7에 아미노 곁사슬을 protonated.

예를 들면, 부정 잠재력의 응용에, 플러스로 충전된 분자 시스템은 bioactive 모이어티 (숫자 2)를 보호하는 기계적인 분자 운동으로 이끌어 내는 표면에 정전기 매력을 경험합니다. 제시한 전환 기계장치의 생존 능력을 시험하기 위하여는 우리는 스위칭 장치로 biorecognition 주제로 끝 functionalised biotinylated 펩티드, 4 리진 잔류물 및 금 표면에 각자 소집한 단층 대형 - (SAM) 비타민B 복합체 Lys Lys Lys Lys Cys (비타민B 복합체 KKKKC)를 종말 시스테인을 선정했습니다.

숫자 2. 생물 액티브한 생물 비활동성 국가 사이 TEGT-biotinylated 혼합 펩티드 SAMs의 엇바꾸기의 개요 대표. 적용된 전기 잠재력에 따라서, 펩티드는 드러내거나 비타민B 복합체 사이트를 은폐하고 NeutrAvidin에 그것의 바인딩을 통제할 수 있습니다.

입체 지장 없이 엇바꾸기에 이웃 분자에서 conformational 변경을 겪을 수 있다 표면에 각 biotinylated 펩티드를 충분한 공간 자유를 제공하기 위하여는, 그 같은은, 금 표면 2 분대로, 비타민B 복합체 KKKKC 펩티드의 혼합 SAM 및 세 배 (에틸렌 글리콜) - 종결된 티올 ( (TEGT)숫자 2) functionalised.

표면 경계 biotinylated 펩티드의 공동성 분자 재교육을 위한 충분한 공간 자유를 지키기은 그렇다 하고, 짧은 oligo (에틸렌 글리콜) 단은 단백질에서 일반적인 상호 작용을 방지합니다. 통제, 2 분대가 또한 비타민B 복합체 모이어티 - KKKKC 없이 TEGT와 펩티드를 사용하여, 혼합 SAM 준비된 대로. 생물학 속성 전환의 역동성은 비타민B 복합체와 형광성으로 레테르를 붙인 NeutrAvidin 사이 의무적인 사건을 관찰해서 공부되었습니다.

개방 회로 상태 (적용되는 잠재력 없음)에에 있는 형광 현미경 심상 그리고 SPR + 0.3 볼트에 괴기한 데이터 명확하게 제시된 바인딩, - 0.4 볼트에 (OC) 감소된 연결, 그리고 중간 바인딩. 혼합 SAMs에 적용된 전기 잠재력에 따라서, SAM에 통합된 bioactive 분자는 연결을 위해 완전히 (+ 0.3 볼트, 생물 액티브한 국가) 드러내고 또는 은폐될 수 있습니다 (- 결합 친화성이 그것의 생물 액티브한 국가 (숫자 3)의 90% 이상으로 감소될 수 있더라도 의 한도까지 0.4 볼트, 생물 비활동성 국가). 게다가, 가역성은 또한 SPR에 의하여 개발한 바꿀 수 있는 표면이 생체 고분자 상호 작용의 뒤집을 수 있는 통제를 허용한다는 것을 설명했습니다 공부합니다.

비타민B 복합체 KKKKC에 NeutrAvidin의 바인딩을 보여주는 숫자 3. SPR sensorgram 자취: TEGT 혼합 SAMs 및 KKKKC: OC 조건과 적용되는 포지티브의 밑에 TEGT 혼합 SAMs (+ 0.3 V) 및 네거티브 (- 0.4 V) 잠재력.

이 지상 기술은 나노미터 가늠자에 표면 좁은 비용이 부과된 펩티드 링커의 유일한 특정 생체 고분자 상호 작용, 조정 생물학 연구에 있는 어드밴스를 위한 단계, 약, 생물공학 및 생의학 공학의 온-오프 엇바꾸기를 유도하기 위하여 동적 성질을 이용합니다.


참고

1. C.M. Niemeyer, C.A. Mirkin, 윌에이 VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, Weinheim 2004년.
2. P.M. Mendes, C.L. Yeung, J.A. Preece 의 Nanoscale 연구는 2007년, 2, 373를 써 넣습니다.
3. P.M. Mendes는, 화학 사회 2008년, 37, 2512를 검토합니다.
4. S.A. 존스턴, J.P. Bramble, C.L. Yeung, P.M. Mendes, L.M. Machesky 의 BMC 세포 생물학 2008년, 9, 65.
5. C. Costello, J. - U. Kreft, C.M. 토마스, P.M. Mendes, Nanoproteomics: 방법 및 프로토콜, S. Toms 및 R. Weil 의 Springer 프로토콜에서 ed.. 분자 생물학, Humana 압박에 있는 방법. 압박에서.
6. P.M. Mendes, K.L. Christman, P. Parthasarathy, E. Schopf, J. Ouyang, Y. 양, J.A. Preece, H.D. Maynard, Y. 첸, J.F. Stoddart 의 Bioconjugate 화학 2007년, 18 1919년.
7. C.L. Yeung, P. Iqbal, M. 알란, M. Lashkor, J.A. Preece, P.M. Mendes 의 향상된 기능적인 물자 2010년, 20, 2657.

, 저작권 AZoNano.com Paula Mendes (버밍엄의 대학) 박사

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

Last Update: 14. June 2013 04:23

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