There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Nanoengineering van de Volgende Generatie van Biologische Oppervlakten

door Dr. Paula Mendes

Dr. Paula Mendes, School van Chemische Techniek, Universiteit van Birmingham
Overeenkomstige auteur: P.M.Mendes@bham.ac.uk

Nanoscience en de nanotechnologie impliceren de studie, de weergave, het meten, modellering, of manipulatie van kwestie bij moleculair en nanometre de schaal. De toepassing van nanotechnologie en nanoscience op biologische die systemen - als bionanotechnology worden bekend1 - houdt de belofte van het oplossen van veel van de uitdagingen van vandaag in gezondheidszorg in. De Dramatische doorbraken worden verwacht in het onderzoek van het levenswetenschappen dat tot gevoelige en vroege opsporing van een aantal menselijke ziekten, zoals kanker, de ziekte van Alzheimer, multiple sclerose of reumatoïde artritis kon bijdragen.

De Therapeutische gebieden zoals druglevering, weefseltechniek, en drugontdekking, zullen ook zeer van vooruitgang in bionanotechnology profiteren. Hoewel vaak overwogen1 één van de belangrijkste technologieën van de 21ste eeuw, bionanotechnology nog in een vrij embryonaal stadium is en veel van zijn potentieel moet nog worden ontsloten. Bionanotechnology van de Oppervlakte - de wetenschap en de technologie van begrip en precies het controleren en het manipuleren oppervlakte biologische eigenschappen bij moleculair en nanometre schrapen - is één van de meeste opwindende en potentieel belangrijke terreinen van bionanotechnology.

De doelstelling van het onderzoek van Dr. Mendes' bij de Universiteit van Birmingham is het interdisciplinaire gebied van oppervlaktebionanotechnology zowel op een fundamenteel niveau als naar biologische en medische toepassingen verder te ontwikkelen. Het onderzoeksteam van Dr. Mendes' poogt oppervlaktematerialen met biologische eigenschappen te produceren die precies worden gecontroleerd en bij de moleculaire en nanometre lengteschalen door nanotechnologie met biologische systemen om te zetten gemanipuleerd.

Dit gebied van onderzoek is één van de meeste opwindende en potentieel belangrijke terreinen van bionanotechnology, maar is tot dusver beperkte vooruitgang geboekt gedeeltelijk wegens de ingewikkeldheid betrokken bij de ontwerp en vervaardigingsprocessen. om deze ambitieuze uitdaging aan te pakken, hebben wij doorbraakmethodologieën voor gevormde techniek en2 stimulus-ontvankelijke oppervlakten3 ontwikkeld. Binnen het gebied van gevormde biologische oppervlakten, heeft het onderzoeksteam van Dr. Mendes' in samenwerking met groep Machesky (het Beatson Instituut voor Kankeronderzoek, het UK) een4 methodologie ontwikkeld om de ruimteimmobilisatie van cel-zelfklevende (fibronectin) en niet-cel-zelfklevende (runderserumalbumine - BSA) proteïnen op specifieke micro-gebieden van een glasoppervlakte te controleren om waardevol inzicht in hoe te bereiken de cellen hun milieu onderzoeken en nieuwe adhesiecontacten voor motiliteit en het uitspreiden vormen.

Dr. Mendes gebruikte micro-contact druk (µCP) en muis embryonale fibroblast (MEF)cellen voor de studie van zowel filopodia als overgangen filopodial/lamellipodial. µCP was aangewend om fibronectin lineaire patronen met breedten tot stand te brengen die van 10 µm aan 2.5 µm en tussenruimtes tussen 10 µm en 0.5 µm variëren die met BSA weer op werden gevuld. Gebieden van Fibronectin verstrekten een activerend signaal en een zelfklevende oppervlakte, terwijl de gedenatureerde gebieden BSA ons toelieten om te onderzoeken hoe de cellen met niet-klevende gebieden interactie aangaan. MEF de cellen konden op deze gevormde oppervlakten uitspreiden, en voor bredere fibronectin kloven de breedten en BSA (5 µm x 5 µm en 10 10 µm gevormd oppervlakten µm x) de richtlijn van het uitspreiden waren altijd in de richting van het gestreepte patroon (Figuur 1).

Figuur 1: De Beelden zijn enige frames van een timelapse van MEF die op 10 µm fibronectinstrepen uitspreiden.

Door deze bredere lineaire gevormde oppervlakten te gebruiken, was het ook mogelijk om op te merken dat de grootte van lamellipodia niet afhankelijk van de breedte van de streep was en dat lamellipodia, maar niet filopodia, adhesie voor blijvend uitsteeksel vereist. Deze studies stonden ons toe ook om meer over de betrokkenheid van Arp2/3 te leren complex in cel het uitspreiden, en in het bijzonder, dat de localisatie van Arp2/3 complex aan filopodia van adhesie onafhankelijk is. Meer onlangs, heeft Dr. Mendes ontwikkeld5 een protocol om robuuste en hoge resolutiepatronen van bacteriën op materiële oppervlakten tot stand te brengen, die series van haalbare cellen toelaten om met gecontroleerde ruimtestructuur voor een verscheidenheid van experimentele procedures met inbegrip van cel-aan-cel communicatie studies worden ontwikkeld.

Binnen het gebied van stimulus-ontvankelijke oppervlakten, heeft het onderzoeksteam van Dr. Mendes' elektro-actieve6 oppervlakten ontwikkeld die met succes zijn aangewend om functionaliteit in te schakelen die in situ, een ongekende capaciteit aanbieden om de interactie van proteïnen met oppervlakten te manipuleren. Een nieuwe klasse van verwisselbare biologische oppervlakten - oppervlakte-beperkte elektro-verwisselbare peptides - is ook geproduceerd7 die de capaciteit hebben om biomoleculaire interactie in antwoord op een toegepast elektropotentieel te regelen.

Dit systeem is positief gebaseerd op de conformational omschakeling van - geladen oligolysinepeptides die aan een gouden oppervlakte, dusdanig dat bioactivee moleculaire die delen worden gebonden - biotine - op het eind van oligolysines wordt opgenomen kan worden blootgesteld of (bioactivee staat) worden verborgen (bio-inactieve staat) op bestelling (Figuur 2), als functie van oppervlaktepotentieel. Het oligolysinepeptides tentoongestelde voorwerp protonated aminozijketens bij pH =7, die de basis vormen voor de omschakeling "aan" en "uit" van de biologische activiteit op de oppervlakte.

Bijvoorbeeld, op toepassing van een negatief potentieel, positief - het geladen moleculaire systeem ervaart een elektrostatische aantrekkelijkheid aan de oppervlakte, die tot een mechanische moleculaire motie leiden die het bioactivee deel beschermt (Figuur 2). om de uitvoerbaarheid van het voorgestelde schakelende mechanisme te testen wij een eind selecteerden functionalised biotinylated peptide als biorecognitionmotief, vier lysineresidu's als omschakelingseenheid en eindcysteine voor zelf-geassembleerde monolayer (SAM) vorming op gouden oppervlakten - biotine-Lys-Cys (biotine-KKKKC).

Figuur 2. De Schematische vertegenwoordiging van de omschakeling van gemengd TEGT-Biotinylated peptide Sams tussen een bioactivee en bio-inactieve staat. Afhankelijk van het elektro toegepaste potentieel, kan peptide de biotineplaats blootstellen of verbergen en zijn band regelen aan NeutrAvidin.

om voldoende ruimtevrijheid voor elk te verstrekken biotinylated peptide op de oppervlakte, dusdanig dat het conformational veranderingen op omschakeling zonder sterische belemmering van naburige molecules kan ondergaan, gouden oppervlakten waren functionalised met een gemengde twee-component, SAM van peptide biotine-KKKKC en tri (ethyleenglycol) - geëindigd thiol (TEGT) (Figuur 2).

Behalve het verzekeren van voldoende ruimtevrijheid voor synergistic moleculaire heroriëntatie van verbindend biotinylated peptide, verhinderen de korte oligo (ethyleenglycol) groepen niet-specifieke interactie de proteïnen. Als controle, werd een gemengde twee-component, SAM ook voorbereid gebruikend TEGT en peptide zonder het biotinedeel - KKKKC. De dynamica van het schakelen van de biologische eigenschappen werd bestudeerd door de bindende gebeurtenissen tussen biotine en fluorescently geëtiketteerde NeutrAvidin waar te nemen.

De de microscoopbeelden van de Fluorescentie en de spectrale gegevens SPR openbaarden duidelijk het binden bij + 0.3 V, het verminderde binden bij - 0.4 V, en middenband in bij open krings (OC)voorwaarden (geen toegepast potentieel). Afhankelijk van het elektrodiepotentieel op gemengd Sams wordt toegepast, kunnen de bioactivee die molecules op SAM worden opgenomen volledig voor het binden (+ 0.3 V, bioactivee staat) worden blootgesteld of worden verborgen (- 0.4 V, bio-inactieve staat) zodanig dat de bindende affiniteit tot meer dan 90% van zijn bioactivee staat (Figuur 3) kan worden verminderd. Voorts toonden de omkeerbaarheidsstudies door SPR ook aan dat de ontwikkelde verwisselbare oppervlakte omkeerbare controle van biomoleculaire interactie toestaat.

Figuur 3. Sensorgram sporen SPR die de band van NeutrAvidin tonen aan biotine-KKKKC: TEGT mengde Sams en KKKKC: TEGT mengde Sams onder OC voorwaarden en een toegepaste positief (+ 0.3 V) en negatief (- 0.4 V) potentieel.

Deze oppervlaktetechnologie haalt voordeel uit de unieke dynamische eigenschappen van oppervlakte-beperkte geladen peptide linkers bij de nanometerschaal om Aan-uit- omschakeling van specifieke biomoleculaire interactie te veroorzaken, die het stadium voor vooruitgang in biologische onderzoek, geneeskunde, biotechnologie, en biotechniek plaatsen.


Verwijzingen

1. C.M. Niemeyer, C.A. Mirkin, Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, Weinheim, 2004.
2. P.M. Mendes, C.L. Yeung, J.A. Preece, Brieven 2007, 2, 373 van het Onderzoek Nanoscale.
3. P.M. Mendes, de Chemische Overzichten 2008, 37, 2512 van de Maatschappij.
4. S.A. Johnston, J.P. Bramble, C.L. Yeung, P.M. Mendes, L.M. Machesky, de Biologie 2008, 9, 65 van de Cel BMC.
5. C. Costello, J. - U. Kreft, C.M. Thomas, P.M. Mendes, Nanoproteomics: Methodes en Protocollen, S. Toms en R. Weil, eds., in de Protocollen van de Aanzetsteen. Methodes in Moleculaire Biologie, Pers Humana. In Pers.
6. P.M. Mendes, K.L. Christman, P. Parthasarathy, E. Schopf, J. Ouyang, Y. Yang, J.A. Preece, H.D. Maynard, Y. Chen, J.F. Stoddart, Bioconjugate Chemie 2007, 18, 1919.
7. C. Ging L. Yeung, P. Iqbal, M. Allan, M. Lashkor, J.A. Preece, P.M. Mendes, Functionele Materialen, 2010, 20, 2657 vooruit.

Copyright AZoNano.com, Dr. Paula Mendes (Universiteit van Birmingham)

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit