Bir Çekçek tabanlı Meclisi Yöntemi ile Biomembrane Mikroarray'ler oluşumu
Summary
Desteklenen ikili lipid tabakalarıdır ve doğal zar parçacıkları hücre zarlarının özelliklerini yaklaşık ve analitik çeşitli stratejiler dahil edilmesi uygun sistemlerdir. Burada destekli lipid iki katmanlı kaplı SiO 2 boncuklar, fosfolipid vezikülleri ya da doğal zar parçacıklarının oluşan mikrodizileri hazırlanması için bir yöntemi göstermektedir.
Abstract
Lipid iki katmanlı membranlar hücrelerin plazma membranları formu ve hücre içi organellerin sınırlarını tanımlar. Doğada bu membranlar, lipidler, çok çeşitli heterojen karışımlarıdır zara bağlı proteinleri içeren ve karbonhidrat ile süslenmiştir. Bazı deneylerde, doğal membran olanlardan iki lipid tabakasının biyo-fiziksel ya da biyokimyasal özellikleri ayrılması için tercih edilir. Bu gibi durumlarda, dev vesiküller, lipozom ya da taşıyıcı lipid iki katmanlı (SLBS) gibi model sistemlerinin kullanımı gerektirir. SLBS Diziler uygulamaları algılamak ve hücre-hücre etkileşimleri taklit için özellikle çekicidir. Burada SLB dizileri oluşturmak için yeni bir yöntem tarif eder. Mikrondan daha küçük çaplı SiO 2 boncuk birinci küresel SLBS (SSLBs) oluşturmak için, lipid çift tabakaları ile kaplanmıştır. Boncuklar daha sonra mikro-fabrikasyon submikron çaplı mikro oyuk bir diziye yatırılır. Ayrılmayı ise hazırlama tekniği, alt-tabaka yüzeyini temizlemek için bir "sileceği" kullanmaktadırmikro oyuk içine yerleşmiş SSLBs arkasında g. Bu yöntem, mikro alt-tabakanın herhangi bir kimyasal modifikasyonu, ne de SSLB üzerinde herhangi bir hedefleme ligandı gerektirir. Kuyu çap tane çapı biraz daha büyük olmak için ayarlanmıştır çünkü Mikrodelikler tek boncuk tarafından işgal edilmiştir. Geri kalan boş kalır Tipik olarak, kuyuların daha fazla% 75, işgal edilmiştir. Tamponda SSLB diziler daha büyük bir haftadan uzun süreli stabilite gösterir. Biz gangliosid GM1 ile kolera toksini etkileşimlerini karakterize ile göstermek ki, SSLBs çok tip seri biriktirme ile tek bir dizi yerleştirilebilir ve bu diziler tespiti için de kullanılabilir. Ayrıca, hücresel kaynaklardan elde edilen boncuk destek ve biyomembranlarda olmayan fosfolipid vesiküller aynı yöntemle dizilmiş olabilir ve hücreye özel membran lipidleri tespit edilebileceğini göstermektedir.
Introduction
Lipid iki katmanlı membranlar doğada temel yapılardır. Hücresel zarlar, plazma ve organel membranlar yaşam için gerekli olan moleküller, bir dizi dahil lipid ikili katmandan oluşmaktadır. Birçok yaşamı sürdürme işlemleri hücrelerinin yüzeyinde meydana veya lipit iki katmanlı membran ile ilişkili moleküller aracılık eder. Aslında, birçok ilaç hedef işlemler veya moleküller 1,2 veya zarlarında bulunmaktadır. Bu tür zar analitik yüzeylerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar veya kovalent olmayan bağlanma olaylar gibi süreçleri araştırılması gereklidir. Doğal membranlar sensörleri ile izole ve / veya arayüz zor olabilir çünkü, birçok araştırmacı, analitik çalışmaları yürütmek için basitleştirilmiş bir model zarları kullanır. Model membran sistemleri bir dizi nano boyutta 3,4 ile lipozomlara çapı mikron On ila yüzlerce olabilir dev veziküllerden kadar, literatürde tarif edilmiştir. Alternrin, katı destekler üzerinde biriken düzlemsel lipid çift, yani ikili lipid tabakalarıdır (SLBS), farklı yüzeylerin bir dizi oluşturulabilir ve yaygın olarak, biyo-fiziksel biyokimyasal ve analitik uygulamalarda 5 kullanılmaktadır desteklenir. Elektrik ya da optik malzeme ile birleştirilmesi SLBS farklı analitik tekniklerin kullanılması ile membran biyokimya ve biyofiziğin soruşturma sağlar. Floresan mikroskopi 6, elektrokimya 7, optik spektroskopi 8, taramalı prob mikroskopisi 9, yüzey plazmon rezonans 10 ve kütle spektrometresi 11 tüm SLBS yapısını ve özelliklerini incelemek için istihdam edilmiştir.
SLB diziler multipleks 12,13 deneyleri için sensörler tasarımında ek bir esneklik sunar. Diğer uygulamalar bağışıklık hücrelerinin 14 arasında oluşan kavşak taklit etmek SLB diziler kullanın. SLB diziler için hazırlama yöntemleri microflu arasında değişmesineidic bitişik SLB yamalar arasındaki fiziksel engelleri istihdam olanlar için 15 yaklaşır. 16. Diğer gruplar baskı yöntemleri 17 kullandım, fotokimyasal desenlendirme 18 ve çeşitli nanoengineering SLB diziler oluşturmak için 19 yaklaşır.
Bu kağıt ve ekteki videoda mikro oyuk 20'nin sıralı diziler halinde SLB-kaplanmış boncuklar SiO 2 biriktirilmesiyle SLB dizileri oluşturmak için bir yöntem ortaya koymaktadır. Biz küresel desteklenen lipit tabakalarının (SSLBs) olarak SLB kaplı SiO 2 boncuklar bakın. Bu teknik, aynı zamanda, örneğin sonuçları göstermektedir başka doğal kaynaklardan 21, elde edilen fosfolipid vezikülleri ve biyomembranlarda dizileri oluşturulan önceki işin bir uzantısıdır. Biyomembran tanecikleri veya veziküller arraying için diğer yöntemler vesikül yüzeyi üzerinde bulunan tamamlayıcı bir ligand ile ortak yüzeyleri üzerinde belirli hedefleme ligandlarının kalıpları yararlanmıştır. Örnekleri arasında biyotin-içeriravidin dernek 22,23 ve DNA hibridizasyon şemaları 24. Bizim yaklaşım sadece gerekli hiçbir hedefleme veya tanıma kısımları ile bir mikro dizi gerektirir. SSLBs büyüklüğü düşük poli-disperitesineM sahip SiO 2 boncuk desteklerin, çapı ile tanımlanır. SSLB çapından biraz daha büyük için mikro çapını ayarlayarak, tek bir SSLB her kuyucuktan yerleşir. Bir poli (dimetilsiloksan) (PDMS) silecek sonra yüzeyinden mikro oyuk hareketsiz olmayan tüm SSLBs kaldırır. Mikro-ve elde edilen diziler SSLB 3 um merkez-merkez aralığında ve altıgen periyodik yüksek yoğunluklu (~ 10 5 SSLBs / mm 2) sahiptir. Seri olarak, farklı lipid bileşimlerle SSLBs biriktirilmesi ile, rasgele konumlandırılmış olan çok-bileşenli SSLBs diziler oluşturmak mümkündür. SSLB Dizilerin algılama yeteneğini göstermek için, SSLBs dahil bir Gangliozidleri (GM1) ile kolera toksini (CTx) etkileşimini kullanılır. Iledoğal zar partiküller, iki farklı hücre tiplerinden membran malzemesi ihtiva eden, çok-bileşenli dizilerde hücreye özel lipidler tespit etmek mümkün oldu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, biz destekli lipid çift tabakaları ile kaplanmış tek dağılımlı SiO 2 boncuk lipid iki katmanlı ya da alt-tabaka yüzeyi üzerinde ligandların hedef için gerek kalmadan mikro diziler halinde dizilmiş olabilir ve diziler toksin lipid etkileşimleri belirlemek için kullanılabileceğini göstermektedir. CTx/GM1 bağlanması için hesaplanan ayrışma sabiti biz önceki bir raporla, literatürde değerlerin geniş bir eşitsizlik göz önüne alındığında, uygun bir şekilde kıya…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01 GM092993) den SHO hibe tarafından desteklenen, Ulusal Bilim Vakfı (NSF KARİYER Ödülü ve DBI 0.964.216), Donanma Araştırma Bürosu (ONR) Genç Araştırmacı Programı ve Biyoteknoloji Minnesota Ortaklık Ödülü ve Tıbbi Genomik. Cihaz fabrikasyon Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı aracılığıyla NSF destek alan Minnesota Üniversitesi NANO Merkezi (NFC), gerçekleştirildi. Bu çalışma aynı zamanda Sağlık (NS048357, R21 NS073684), Ulusal Multipl Skleroz Derneği (CA1060A11), Applebaum, Hilton, Peterson ve Sanford Vakıflar ve McNeilus ailenin National Institutes MR için hibe tarafından desteklenmiştir. Yazarlar taramalı elektron mikroskobu ile yardım için illüstrasyonlar ve Shailabh Kaya ile yardım için Hyungsoon Im teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| 4-inch silicon wafers | University Wafer | 425 | |
| Shipley MEGAPOSIT SPR955-CM 0.7 photoresist | MicroChem | SPR955-CM | |
| Shipley MICROPOSIT CD-26 developer | MicroChem | CD-26 | |
| i-line stepper | Canon | 2500 i3 stepper | |
| Vision 320 reactive ion etcher | Advanced Vacuum | Vision 320 RIE | |
| Deep trench reactive ion etcher | Plasma Therm | SLR-770 | |
| Atomic layer depostion system | Cambridge NanoTech | Savannah | |
| Dow Corning Sylgard 184 poly(dimethylsiloxane) kit | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
| egg phosphatidylcholine | Avanti Polar Lipids | 840051C | |
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(lissamine rhodamine B sulfonyl) ammonium salt | Avanti Polar Lipids | 810158C | |
| monosialoganglioside GM1 | Avanti Polar Lipids | 860065P | |
| Silica beads | Bangs Laboratories | SS03N/4666 | Packaging on the bead container states the beads are 900 nm in diameter. However, after light-scattering and electron microscopy we determined the beads are roughly 700 nm in diameter. |
| Cholera toxin B-subunit, Alexa 488 conjugate | Molecular Probes | C-34775 | |
| Anti-oligodentrocyte antibody IgM O4, NorthernLights 557 conjugate | R&D Systems | NL1326R | |
| FM1-43 | Molecular Probes | T-3136 | |
| Eppendorf MiniSpin centrifuge | Fisher Scientific | 05-401-09 |
Referências
- Drews, J. Drug discovery: A Historical Perspective. Science. 287 (5460), 1960-1964 (1126).
- Cooper, M. A. Advances in Membrane Receptor Screening and Analysis. J. Mol. Recognit. 17 (4), 286-315 (2004).
- Voskuhl, J., Ravoo, B. J. Molecular Recognition of Bilayer Besicles. Chem. Soc. Rev. 38 (2), 495-505 (2009).
- Walde, P., Cosentino, K., Engel, H., Stano, P. Giant Vesicles: Preparations and Applications. Chembiochem. 11 (7), 848-865 (1002).
- Castellana, E. T., Cremer, P. S. Solid Supported Lipid Bilayers: From Biophysical Studies to Sensor Design. Surf. Sci. Rep. 61 (10), 429-444 (2006).
- Johnson, J. M., Ha, T., Chu, S., Boxer, S. G. Early Steps of Supported Bilayer Formation Probed by Single Vesicle Fluorescence Assays. Biophys. J. 83 (6), 3371-3379 (2002).
- Krysinski, P., Zebrowska, A., Michota, A., Bukowska, J., Becucci, L., Moncelli, M. R. Tethered Mono- and Bilayer Lipid Membranes on Au and Hg. Langmuir. 17 (13), 3852-3857 (2001).
- Li, L., Wang, H. F., Cheng, J. X. Quantitative Coherent anti-Stokes Raman Scattering Imaging of Lipid Distribution in Coexisting Domains. Biophys. J. 89 (5), 3480-3490 (2005).
- Richter, R. P., Brisson, A. R. Following the Formation of Supported Lipid Bilayers on Mica: A Study Combining AFM, QCM-D, and Ellipsometry. Biophys. J. 88 (5), 3422-3433 (2005).
- Dahlin, A., Zäch, M., Rindzevicius, T., Käll, M., Sutherland, D. S., Höök, F. Localized Surface Plasmon Resonance Sensing of Lipid-Membrane-Mediated Biorecognition Events. J. Am. Chem. Soc. 127 (14), 5043-5048 (2005).
- Kraft, M. L., Weber, P. K., Longo, M. L., Hutcheon, I. D., Boxer, S. G. Phase Separation of Lipid Membranes Analyzed with High-Resolution Secondary Ion Mass Spectrometry. Science. 313 (5795), 1948-1951 (2006).
- Groves, J. T., Boxer, S. G. Micropattern Formation in Supported Lipid Membranes. Acc. Chem. Res. 35 (3), 149-157 (2002).
- Bally, M., Bailey, K., Sugihara, K., Grieshaber, D., Vörös, J., Stadler, B. Liposome and Lipid Bilayer Arrays Towards Biosensing Applications. Small. 6 (22), 2481-2497 (2010).
- Groves, J. T., Dustin, M. L. Supported Planar Bilayers in Studies on Immune Cell Adhesion and Communication. J. Immunol. Methods. 278 (1-2), 19-32 .
- Yang, T. L., Jung, S. Y., Mao, H. B., Cremer, P. S. Fabrication of Phospholipid Bilayer-Coated Microchannels for On-Chip Immunoassays. Anal. Chem. 73 (2), 165-169 (2001).
- Groves, J. T., Ulman, N., Boxer, S. G. Micropatterning Fluid Lipid Bilayers on Solid Supports. Science. 275 (5300), 651-653 (1997).
- Hovis, J. S., Boxer, S. G. Patterning and Composition Arrays of Supported Lipid Bilayers by Microcontact Printing. Langmuir. 17 (11), 3400-3405 (2001).
- Yee, C. K., Amweg, M. L., Parikh, A. N. Direct Photochemical Patterning and Refunctionalization of Supported Phospholipid Bilayers. J. Am. Chem. Soc. 126 (43), 13962-13972 (2004).
- Kelly, C. V., Craighead, H. G. Nanofabrication for the Analysis and Manipulation of Membranes. Ann. Biomed. Eng. 40 (6), 1356-1366 (2012).
- Wittenberg, N. J., Johnson, T. W., Oh, S. H. High-Density Arrays of Submicron Spherical Supported Lipid Bilayers. Anal. Chem. 84 (19), 8207-8213 (2012).
- Wittenberg, N. J., et al. Facile Assembly of Micro- and Nanoarrays for Sensing with Natural Cell Membranes. ACS Nano. 5 (9), 7555-7564 (2011).
- Stamou, D., Duschl, C., Delamarche, E., Vogel, H. Self-Assembled Microarrays of Attoliter Molecular Vessels. Angew. Chem. Int. Ed. 42 (45), 5580-5583 (2003).
- Kalyankar, N. D., et al. Arraying of Intact Liposomes into Chemically Functionalized Microwells. Langmuir. 22 (12), 5403-5411 (2006).
- Dahlin, A. B., Jonsson, M. P., Höök, F. Specific Self-Assembly of Single Lipid Vesicles in Nanoplasmonic Apertures in Gold. Adv. Mater. 20 (8), 1436-1442 (2008).
- Nair, P. M., Salaita, K., Petit, R. S., Groves, J. T. Using Patterned Supported Lipid Membranes to Investigate the Role of Receptor Organization in Intercellular Signaling. Nat. Protoc. 6 (4), 523-539 (2011).
- Kuziemko, G. M., Stroh, M., Stevens, R. C. Cholera Toxin Binding Affinity and Specificity for Gangliosides Determined by Surface Plasmon Resonance. Bioquímica. 35 (20), 6375-6384 (1996).
- Moran-Mirabal, J. M., Edel, J. B., Meyer, G. D., Throckmorton, D., Singh, A. K., Craighead, H. G. Micrometer-Sized Supported Lipid Bilayer Arrays for Bacterial Toxin Binding Studies Through Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy. Biophys. J. 89 (1), 296-305 (2005).
- Shi, J. J., Yang, T. L., Kataoka, S., Zhang, Y. J., Diaz, A. J., Cremer, P. S. GM1 Clustering Inhibits Cholera Toxin Binding in Supported Phospholipid Membranes. J. Am. Chem. Soc. 129 (18), 5954-5961 (2007).
- Gill, D. M. The Arrangement of Subunits in Cholera Toxin. Bioquímica. 15 (6), 1242-1248 (1021).
- Weng, K. C., Kanter, J. L., Robinson, W. H., Frank, C. W. Fluid Supported Lipid Bilayers Containing Monosialoganglioside GM1: A QCM-D and FRAP study. Colloid Surface B. 50 (1), 76-84 (1016).
- Walt, D. R. Fibre Optic Microarrays. Chem. Soc. Rev. 39 (1), 38-50 (2010).
- Bake, K. D., Walt, D. R. Multiplexed Spectroscopic Detections. Annu. Rev. Anal. Chem. 1 (1), 515-547 (2008).
- Kundu, J., Levin, C. S., Halas, N. J. Real-Time Monitoring of Lipid Transfer Between Vesicles and Hybrid Bilayers on Au Nanoshells Using Surface Enhanced Raman Scattering (SERS). Nanoscale. 1 (1), 114-117 (2009).
- Junesch, J., Sannomiya, T., Dahlin, A. B. Optical Properties of Nanohole Arrays in Metal-Dielectric Double Films Prepared by Mask-on-Metal Colloidal Lithography. ACS Nano. 6 (11), 10405-10415 (2012).
- Wu, M., Holowka, D., Craighead, H. G., Baird, B. Visualization of Plasma Membrane Compartmentalization with Patterned Lipid Bilayers. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (38), 13798-13803 (2004).
- Hatzakis, N. S., Bhatia, V. K., Larsen, J., Madsen, K. L., Bolinger, P. Y., Kunding, A. H., Castillo, J., Gether, U., Hedegard, P., Stamou, D. How Curved Membranes Recruit Amphipathic Helices and Protein Anchoring Motifs. Nat. Chem. Biol. 5 (11), 835-841 (2009).
- Roizard, S., Danelon, C., Hassaine, G., Piguett, J., Schulze, K., Hovius, R., Tampe, R., Vogel, H. Activation of G-Protein-Coupled Receptors in Cell-Derived Plasma Membranes Supported on Porous Beads. J. Am. Chem. Soc. 133 (42), 16868-16874 (2011).
