There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Nanoengineering Следующего Поколени Биологических Поверхностей

Др. Паулой Mendes

Др. Паула Mendes, Школа Химического Машиностроения, Университет Бирмингам
Соответствуя автор: P.M.Mendes@bham.ac.uk

Nanoscience и нанотехнология включают изучение, воображение, измерять, моделирование, или манипуляцию дела на маштаб молекулярных и нанометров. Применение нанотехнологии и nanoscience к биологическим системам - известным как bionanotechnology1 - владения посыл разрешать много из сегодняшних возможностей в медицинском соревновании. Драматические прорывы предположены в исследовании наук о жизни которое смогло внести вклад в чувствительное и раннее выявление нескольких людских заболеваний, как рак, Болезнь Альцгеймераа, рассеянный склероз или ревматоидный артрит.

Терапевтические поля как поставка снадобья, инженерство ткани, и открытие снадобья, также помогут значительно от выдвижений в bionanotechnology. Хотя часто рассмотрено1 одна из ключевых технологий двадцать первого века, bionanotechnology все еще в справедливо зародышевом положении и много из своего потенциала пока быть осуществлянным. Поверхностное bionanotechnology - наука и техника понимая и точно контролируя и манипулируя поверхностных биологических свойств на маштабе молекулярных и нанометров - одна из exciting и потенциально важных областей bionanotechnology.

Задача исследования Др. Mendes' на Университете Бирмингам еще доработать междисциплинарное поверхностное поле bionanotechnology и на основном уровне и к биологическим и медицинским применениям. Исследовательская группа Др. Mendes направляет произвести поверхностные материалы с биологическими свойствами которые точно проконтролированы и манипулированы на маштабах молекулярных и нанометров длины путем взаимодействовать нанотехнологию с биологическими системами.

Эта область исследований одна из exciting и потенциально важных областей bionanotechnology, но до тех пор ограничиваемый прогресс был сделан отчасти должной к сложности, котор включили в процессы конструкции и изготовления. Для того чтобы решать эту честолюбивую возможность, мы начинали методологии прорыва для поверхностей проектировать2 сделанных по образцу и3 стимул-отзывчивых. Внутри поле сделанных по образцу биологических поверхностей, исследовательская группа Др. Mendes' в сотрудничестве с группой Machesky (Институтом для Онкологического Исследования, ВЕЛИКОБРИТАНИЕЙ Beatson) начала4 методологию для того чтобы контролировать пространственное обездвиживание протеинов клетк-прилипателя (fibronectin) и non-клетк-прилипателя (альбумина bovine сыворотки - BSA) в специфических микро--зонах стеклянной поверхности для того чтобы приобрести ценные проницательности в как клетки исследуют их прилипание окружающей среды и формы новое контактирует для motility и распространять.

Др. Mendes использовал печатание микро--контакта (µCP) и клетки фиброцита мыши (MEF) зародышевые для изучения как filopodia, так и переходов filopodial/lamellipodial. µCP было использовано для того чтобы создать картины fibronectin линейные при ширины меняя от µm 10 к µm 2,5 и дистанционирований между 10 µm и 0,5 µm которые были backfilled с BSA. Зоны Fibronectin обеспечили активируя сигнал и слипчивую поверхность, пока denaturated зоны BSA позволили мы рассмотреть как клетки взаимодействуют с зонами non-прилипателя. Клетки MEF могли распространить на этих сделанных по образцу поверхностях, и для более широких ширин fibronectin и зазоров BSA (5 µm 5 и 10 µm x µm x 10 поверхностей сделанных по образцу µm) ориентация распространять была всегда в направлении striped картины (Диаграммы 1).

Диаграмма 1: Изображения одиночные рамки от timelapse MEF распространяя на 10 нашивках fibronectin µm.

Путем использование этих более широких линейных сделанных по образцу поверхностей, было также возможно наблюдать что размер lamellipodia не зависел на ширине нашивки и что lamellipodia, но не filopodia, требует прилипания для упорнего выступания. Эти изучения также позволили нам выучить больше о запутанности комплекса Arp2/3 в распространять клетки, и в частности, что локализация комплекса Arp2/3 к filopodia независимый прилипания. Более недавно, Др. Mendes начинал5 протокол для того чтобы создать робастное и высокие картины разрешения бактерий на материальные поверхности, позволяя блокам жизнеспособных клеток быть начатым с контролируемой пространственный структурой для разнообразие экспириментально процедур включая связь клетк-к-клетки изучают.

Внутри поле стимул-отзывчивых поверхностей, исследовательская группа Др. Mendes' начинала6 electro-активные поверхности которые успешно были использованы для того чтобы переключить дальше функциональности в situ, предлагая беспрецедентную способность манипулировать взаимодействия протеинов с поверхностями. Новый класс switchable биологических поверхностей - поверхност-ограниченных electro-switchable пептидов - также был произведен7 которые имеют емкость отрегулировать биомолекулярные взаимодействия в ответ на прикладной электрический потенциал.

Эта система основана на conformational переключении несомненно - порученные пептиды которые привязаны к поверхности золота, такие oligolysine что bioactive молекулярные moieties - биотина - включаемого на конец oligolysines смогите подвергнуться действию (био-активное положение) или скрыться (био-бездействующее положение) по требованию (Диаграмма 2), как функция поверхностного потенциала. Экспонат пептидов oligolysine protonated амино бортовые цепи на пэ-аш =7, обеспечивая основу для переключая "ON" и "OFF " биологической работы на поверхности.

На пример, на применении отрицательного потенциала, несомненно - порученная молекулярная система испытывает электростатическую привлекательность к поверхности, водя к механически молекулярному движению которое защищает bioactive moiety (Диаграмму 2). Для того чтобы испытать выживаемость предложенного переключая механизма мы выбрали пептид functionalised концом biotinylated как мотив biorecognition, 4 выпарки лизина как блок переключения и терминального цистеин для собственн-собранного образования (SAM) на поверхностях золота - биотина-Lys-Lys-Lys-Lys-Cys монослоя (Биотина-KKKKC).

Диаграмма 2. Схематическое представление переключения смешанного пептида SAMs TEGT-biotinylated между био-активным и био-бездействующим положением. В зависимости от электрическое потенциальное прикладного, пептид может подвергнуть действию или скрыть место биотина и отрегулировать своя вязка к NeutrAvidin.

Для того чтобы обеспечить достаточную пространственную свободу для каждого biotinylated пептида на поверхности, такие что они могут пройти conformational изменения на переключении без стерической помехи от ближних молекул, поверхности золота были functionalised с 2-компонентом, смешанные СЭМ пептида биотина-KKKKC и tri (гликоль этилена) - прекращенный тиол (TEGT) (Диаграмма 2).

Отдельно от обеспечивать достаточную пространственную свободу для синергической молекулярной реориентации пептида biotinylated поверхност-пределом, короткие oligo (группы гликоля этилена) предотвращают неспецифичное взаимодействие от протеинов. По Мере Того Как управление, 2-компонент, смешанное СЭМ также было подготовлено используя TEGT и пептид без moiety биотина - KKKKC. Динамика переключать биологические свойства была изучена путем наблюдать binding случаями между биотином и дневно обозначенным NeutrAvidin.

Изображения Люминесцентного микроскопа и данные по SPR спектральная вязка на + 0,3 V, уменьшенный связывать ясно показанная на - 0,4 V, и промежуточная вязка в на условиях открытой (OC) цепи (отсутствие прикладного потенциала). В зависимости от электрическое потенциальное прикладного к смешанному SAMs, bioactive молекулы включаемые на СЭМ можно полно подвергнуть действию для связывать (+ 0,3 V, био-активное положение) или скрыть (- 0,4 V, био-бездействующее положение) до степени что binding сродство можно уменьшить до над 90% из своего био-активного положения (Диаграммы 3). Furthermore, реверсивность изучает SPR также продемонстрировала что начатая switchable поверхность позволяет реверзибельному управлению биомолекулярных взаимодействий.

Диаграмма 3. следы sensorgram SPR показывая вязку NeutrAvidin к Биотину-KKKKC: TEGT смешанное SAMs и KKKKC: TEGT смешанное SAMs под условиями OC и прикладной положительным (+ 0,3 V) и отрицательным (-) потенциалом 0,4 V.

Эта поверхностная технология принимает преимущество уникально динамических свойств поверхност-ограниченных порученных линкеров пептида на маштаб нанометра для того чтобы навести Включеный-выключеное переключение специфических биомолекулярных взаимодействий, установки этап для выдвижений в биологическое исследование, медицины, биотехнологии, и биоинженерии.


Справки

1. C.M. Niemeyer, C.A. Mirkin, ГмбХ Wiley-VCH Verlag & CO. KGaA, Weinheim, 2004.
2. P.M. Mendes, C.L. Yeung, J.A. Preece, Исследование Nanoscale Помечает Буквами 2007, 2, 373.
3. P.M. Mendes, Химическое Общество Рассматривает 2008, 37, 2512.
4. S.A. Johnston, J.P. Ежевичник, C.L. Yeung, P.M. Mendes, L.M. Machesky, Биология Клетки 2008 BMC, 9, 65.
5. C. Costello, J. - U. Kreft, C.M. Томас, P.M. Mendes, Nanoproteomics: Методы и Протоколы, S. Toms и R. Weil, eds., в Протоколах Спрингера. Методы в Молекулярной Биологии, Давлении Humana. В Давлении.
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, Химия 2007 Bioconjugate, 18, 1919.
7. C.L. Yeung, P. Iqbal, M. Аллан, M. Lashkor, J.A. Preece, P.M. Mendes, Предварительные Функциональные Материалы, 2010, 20, 2657.

Авторское Право AZoNano.com, Др. Паула Mendes (Университет Бирмингам)

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

Last Update: 14. June 2013 04:41

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