Nanoengineering av Nästa Generation av Biologiskt Ytbehandlar

vid Dr. Paula Mendes

Dr. Paula Mendes, Skolar av Kemiskt Iscensätta, Universitetar av Birmingham
Motsvarande författare: P.M.Mendes@bham.ac.uk

Nanoscience och nanotechnology gäller studien, att avbilda, att mäta, att modellera eller behandlig av materien på det molekylär och nanometrefjäll. Applikationen av nanotechnology och nanosciencen till biologiska system - som är bekant som bionanotechnology1 - håll löftet av lösning många av dagens utmaningar i sjukvård. Dramatiska genombrott förväntas i vetenskaperna om olika organismers beskaffenhetforskning som kunde bidra till känslig och tidig sortupptäckt av ett nummer av människasjukdomar, liksom cancer, Alzheimers sjukdom, multipelsclerosis eller rheumatoid artrit.

Terapeutiskt sätter in liksom drogleveransen, silkespappret som iscensätter, och drogupptäckten som också ska, gynnar väldeliga från framflyttningar i bionanotechnology. Även Om ofta ansett, 1 är en av de nyckel- teknologierna av det 21st århundradet, bionanotechnology stilla i ett ganska foster- påstår, och mycket av dess potentiellt ska ännu realiseras. Ytbehandla bionanotechnologyen - vetenskapen och teknologin av överenskommelse och exakt att kontrollera och behandling ytbehandlar biologisk rekvisita på det molekylär och nanometrefjäll - är ett av mest spännande och potentiellt viktigast områden av bionanotechnologyen.

Mål av forskning för Dr. Mendes'Universitetar av Birmingham är vidare att framkalla det tvärvetenskapligt ytbehandlar bionanotechnology sätter in båda på en jämn grund och in mot biologiska och medicinska applikationer. För forskninggrupp för Dr. Mendes syften att frambringa ytbehandlar material med biologisk rekvisita som exakt kontrolleras och behandlas på de molekylära och nanometrelängd fjällen, genom att ha kontakt nanotechnology med biologiska system.

Detta sätter in av forskning är ett av mest spännande och potentiellt viktigast områden av bionanotechnologyen, men har så långt begränsat framsteg gjorts delvis tack vare komplexiteten som är involverad i designen, och fabriceringen bearbetar. För att tackla denna ambitiösa utmaning, har vi framkallat genombrottmethodologies för mönstrat att iscensätta, 2 och stimuli-svars-3 ytbehandlar. Inom sätta in av mönstrat biologiskt ytbehandlar, har forskninggruppen för Dr. Mendes' i samarbete med den Machesky gruppen (Det Beatson Institutet för CancerForskning, UK) framkallat4 en methodology för att kontrollera den rumsliga immobilisationen av cell-bindemedel (fibronectin) och non-cell-bindemedel (nötkreaturs- serumäggviteämnen - BSA) proteiner i specifika mikro-områden av ett exponeringsglas ytbehandlar för att nå värdesakinblickar in i hur celler undersöker deras miljö och bildar nya adhesionkontakter för motilitet och fördelning.

Dr. Mendes använde mikro-kontakten printing (µCP) och foster- fibroblastceller (MEF) för mus för studien av både filopodiaen och filopodial-/lamellipodialövergångar. µCP användes för att skapa den linjära fibronectinen mönstrar med bredder som var varierande från µm 10 till µm 2,5 och mellanrum mellan 10 µm och 0,5 µm som backfilled med BSA. Fibronectin regioner g aktivera signalerar, och ett bindemedel ytbehandlar, fördriver denaturated BSA-regioner möjliggjorde oss för att undersöka hur celler påverkar varandra med non-bindemedel områden. MEF-celler var kompetent till spridning på mönstrade dessa ytbehandlar, och för mer bred fibronectinbredder och BSA-mellanrum (5 µm x 5 µm och 10 mönstrad µm för µm x 10 ytbehandlar) som riktningen av fördelning var i riktningen av det randigt, mönstra alltid (Figurera 1).

Figurera 1: Images är singeln inramar från en timelapse av en MEF som fördelar på 10 µmfibronectinband.

Genom att använda, ytbehandlar dessa mer breda linjära mönstrat, var det också möjligheten som observerar att storleksanpassa av lamellipodiaen inte var anhörigen på bredden av band och att lamellipodiaen, men inte filopodiaen, kräver adhesion för ihärdigt framstickande. Dessa tillåtna studier också oss som lärer mer om medverkan av komplex Arp2/3, i cellfördelning, och i synnerhet, att localisationen av komplex Arp2/3 till filopodiaen är vilden av adhesion. För en tid sedan, har Dr. Mendes framkallat5 ett protokoll för att skapa robustt, och kickupplösning mönstrar av bakterier på materiellt ytbehandlar och att låta samlingar av livsdugliga celler framkallas med kontrollerat rumsligt strukturerar för en variation av för cell-till-cellen för experimentella tillvägagångssätt inklusive studier kommunikationen.

Inom sätta in av stimuli-svars- ytbehandlar, forskninggruppen för Dr. Mendes' har framkallat6 electro-aktiv ytbehandlar, som har lyckat använts för att koppla på funktionsdugligheter i situ och att erbjuda en aldrig tidigare skådad kapacitet att behandla växelverkan av proteiner med ytbehandlar. Ett nytt klassificerar av switchable biologiskt ytbehandlar - ytbehandla-begränsade electro-switchable peptides - har också frambragts7 som har kapaciteten att reglera biomolecular växelverkan som svar på ett applicerat elektriskt potentiellt.

Detta system baseras på den conformational växlingen av positivt - laddade oligolysinepeptides, som tjudras till ett guld-, ytbehandlar, sådan att bioactive molekylära hälfter - biotin - som inkorporeras på avsluta av oligolysinesna, kan vara utsatt (den statliga bio-aktivet) eller dolt (bio-inaktivt statligt) på - begäran (Figurera 2), som en fungera av ytbehandlar potentiellt. Protonated amino sidan för oligolysinepeptides utställningen kedjar på pH =7 som ger basen för det koppla "ON"et och "OFF"et av den biologiska aktiviteten på ytbehandla.

För anföra som exempel, på applikationen av en potentiell negation, positivt - det laddade molekylära systemet erfar en elektrostatisk dragning till ytbehandla som leder till ett mekaniskt molekylärt, vinkar som skyddar den bioactive hälften (Figurera 2). För att testa viabilityen av den föreslagna växlingmekanismen biotinylated vi som var utvalda en functionalised avsluta, peptiden som biorecognitionmotiv, fyra lysinerest som växlingenheten, och en slutlig cysteine för själv-församlat monolayer (SAM)bildande på guld- ytbehandlar - biotin-Lys-Lys-Lys-Lys-Cys (Biotin-KKKKC).

Figurera 2. Den Schematiska framställningen av växlingen av den blandade TEGT-biotinylated peptiden SAMs mellan enaktiv och bio-inaktivt påstår. Beroende av elektriskt potentiellt applicerat kan peptiden blottan eller att dölja biotinplatsen och att reglera dess band till NeutrAvidin.

För att att ge tillräcklig rumslig frihet för varje biotinylated peptide på ytbehandla som är sådan, att den kan genomgå conformational ändringar på växling utan steric hindrar från grannmolekylar, guld- ytbehandlar functionalised med endel- blandad SAM av biotin-KKKKCpeptiden och tri (ethyleneglykol) - den avslutade thiolen (TEGT) (Figurera 2).

Frånsett se till tillräcklig rumslig frihet för synergistic molekylär reorientation av dendestinerade biotinylated peptiden, förhindrar de kort oligo grupperna (för ethyleneglykol) nonspecific växelverkan från proteinerna. Som en kontrollera, endel- blandad SAM var också förberedd användande TEGT och en peptide utan biotinhälften - KKKKC. Dynamiken av att koppla den biologiska rekvisitan var utstuderad, genom att observera de bindande händelserna mellan biotin och fluorescerande märkta NeutrAvidin.

Fluorescencemikroskopet avbildar, och avslöjde spektral- data för SPR klart bandet på + 0,3 V, förminskande band på - 0,4 V och det mellanliggande bandet i på öppet går runt (OC) villkorar (inget applicerat potentiellt). Beroende av det elektriska potentiellt som appliceras till den blandade SAMsen, kan bioactive molekylar som inkorporeras på SAMEN, vara fullständigt utsatta för band (+ 0,3 V, den statliga bio-aktivet) eller dolt (- 0,4 V som bio-är inaktiva påstår), till graden att bindande frändskap kan förminskas till över 90% av dess statliga bio-aktiv (Figurera 3). Dessutom visade reversibilitystudier vid SPR också att de framkallade switchable ytbehandlar låter reversiblen kontrollerar av biomolecular växelverkan.

Figurera 3. SPR-sensorgram spårar visning bandet av NeutrAvidin till Biotinen-KKKKC: TEGT blandade SAMs och KKKKC: TEGT blandade SAMs under OC villkorar och en applicerad realitet (+ 0,3 V) och potentiell negation (- 0,4 V).

Detta ytbehandlar teknologitakesfördel av den unika dynamiska rekvisitan av ytbehandla-begränsade laddade peptidelinkers på nanometerfjäll för att framkalla På-Av växling av specifika biomolecular växelverkan, inställningen arrangera för framflyttningar i biologisk forskning, medicinen, bioteknik och bioengineering.


Hänvisar till

1. C.M. Niemeyer, C.A. Mirkin, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2004.
2. P. Märker M. Mendes, C.L. Yeung, J.A. Preece, Nanoscale Forskning 2007, 2, 373.
3. P. Granskar M. Mendes, Kemiskt Samhälle 2008, 37, 2512.
4. S.A. Johnston, J.P. Bramble, C.L. Yeung, P.M. Mendes, L.M. Machesky, BMC-CellBiologi 2008, 9, 65.
5. C. Costello, J. - U. Kreft, C.M. Thomas, P.M. Mendes, Nanoproteomics: Metoder och Protokoll, S. Toms och R. Weil, eds., i SpringerProtokoll. Metoder i Molekylär Biologi, Humana Press. I Press.
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 Kemi 2007, 18, 1919.
7. C.L. Yeung, P. Iqbal, M. Allan, M. Lashkor, J.A. Preece, P.M. Mendes, Avancerade Funktionella Material, 2010, 20, 2657.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr. Paula Mendes (Universitetar av Birmingham)

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

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