Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

St&#233;phane Isabettini; Mirjam E. Baumgartner; Peter Fischer; Erich J. Windhab; Marianne Liebi; Simon Kuster

doi:10.3791/56812

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Engineering

İmalat işlemleri ve Birefringence ölçümler manyetik olarak duyarlı Lanthanide iyon şelat Fosfolipid Derlemeler tasarlama

Published: January 03, 2018

doi:

10.3791/56812

Stéphane Isabettini, Mirjam E. Baumgartner, Peter Fischer, Erich J. Windhab, Marianne Liebi, Simon Kuster

¹Laboratory of Food Process Engineering,ETH Zurich, ²MAX IV Laboratory,Lund University

Summary

İmalat işlemleri polymolecular derlemeler şelat manyetik olarak son derece duyarlı lanthanide iyon için sunulmaktadır. Manyetik yanıt ekstrüzyon nanopore membranlar yoluyla tarafından hazırlanmıştır derleme boyutu tarafından belirlenir. Derlemeler manyetik alignability ve yapısal değişiklikler sıcaklık kaynaklı birefringence ölçümleri, Nükleer manyetik rezonans ve küçük açı nötron saçılma için ücretsiz bir teknik tarafından izlenir.

Abstract

Bicelles lipid karışımları çok sayıda oluşmuş akort disk benzeri polymolecular derlemeler vardır. Uygulamalar nanoteknolojik gelişmeler optik aktif ve manyetik olarak değiştirilebilir jelleri oluşumu da dahil olmak üzere membran proteini yapısal çalışmalar Nükleer manyetik rezonans (NMR) arasında değişir. Bu tür teknolojiler derleme boyutu, manyetik yanıt ve termal direnci yüksek kontrol gerektirir. Karışımları 1,2-dimyristoyl –sn– glycero-3-phosphocholine (DMPC) ve onun lanthanide iyon Fosfolipid eşlenik, 1,2 şelat (Ln^{3 +})-dimyristoyl –sn– glycero-3-fosfo-etanolamin-diethylene triaminepentaacetate () DMPE-DTPA), manyetik olarak son derece duyarlı derlemeler gibi DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} içine monte (molar oranı 4:1:1) bicelles. Kolesterol (CHOI-OH) ve başka bir küme benzersiz FİZİKO-kimyasal özellikleri sunan birleştirmeler bilayer sonuçlarında steroid türevleri giriş. Verilen lipid kompozisyon için manyetik alignability bicelle boyutuyla orantılıdır. Ln^{3 +} complexation büyüklüğü ve hizalama yönü açısından görülmemiş manyetik yanıt sonuçlanır. Disk benzeri yapıları termo-tersinir çöküşü içine veziküller Isıtma üzerine derlemeler boyutları ekstrüzyon tarafından tanımlanmış gözenek boyutları ile membran filtreleri ile terzilik sağlar. Manyetik olarak alignable bicelles 5 ° C, vezikül öncüleri tarafından tanımlanan derleme boyutları sonuçlanan soğutma tarafından yeniden oluşturulur. Burada, bu üretim yordamı açıkladı ve tüm derlemeler manyetik alignability birefringence ölçümleri 5,5 T manyetik alan altında tarafından sayılabilir. Fosfolipid bilayer kaynaklanan birefringence sinyal daha da bilayer içinde meydana gelen polymolecular değişiklikleri izleme sağlar. Bu basit tekniği yaygın olarak bicelles karakterize etmek için istihdam edilmektedir NMR deneyler için tamamlayıcı.

Introduction

Bicelles çok sayıda lipid karışımlar elde edilen disk benzeri polymolecular derlemeler vardır. ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ onlar membran biomolecules yapısal karakterizasyonu için NMR spektroskopisi tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. ⁶ ^, ⁷ ancak, son çabaları olası uygulama alanın genişletin hedefliyoruz. ⁵ ^, ⁸ ^, ⁹ en çok çalışılan bicelle sistem 1,2 karışımından oluşmaktadır-dimyristoyl –sn– glycero-3-derleme ve 1,2 düzlemsel kısmını phosphocholine (DMPC),-dihexanoyl –sn– glycero-3-phosphocholine (DHPC) Fosfolipid kenarına kapsayan. ¹ ^, ² ^, ³ bilayer dikte kendi kendine monte polymolecular yapısı mimari beste fosfolipitler moleküler geometri. ⁴ ^, ⁵ yerine DHPC DMPE-DTPA ile manyetik olarak son derece duyarlı ve ayarlanabilir bicelle sistemleri oluşturur. ¹⁰ ^, ¹¹ DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} (molar oranı 4:1:1) bicelles ilişkilendirmek çoğu ile daha fazla paramagnetic lanthanide iyonları (Ln^{3 +}) bilayer’ın yüzeyinde, gelişmiş bir manyetik tepkisine yol. ¹⁰ Ayrıca, suda çözünen DHPC molekülleri DMPE-DTPA/Ln^{3 +} sağlar ile seyreltme dayanıklı bicelles oluşumunu değiştirme. ¹¹

Düzlemsel polymolecular derlemeler manyetik alignability genel olarak manyetik enerji tarafından dikte edilir,

(1)

B manyetik alan şiddeti, olduğu yerde manyetik sabit, n toplama numarası ve bilayer beste lipidler moleküler diamagnetic duyarlılık anizotropi. Bu nedenle, DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles yanıt manyetik alanlar için onların boyutu (Toplam sayı n) ve moleküler diamagnetic duyarlılık anizotropi Δχ tarafından hazırlanmıştır. İkinci kolayca Şelatatlı Ln^{3 +}doğası değiştirerek elde edilir. ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁴ ^, ¹⁵ Introducing kolesterol (CHOI-OH) veya bilayer steroid diğer türevleri toplama n sayısına ve manyetik duyarlılık Δχ kurulumları ayarlama imkanı sunuyor. ¹¹ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ¹⁹ verilen lipid kompozisyon için daha alignable türler kaynaklanan daha fazla lipidler E_mag için (daha büyük toplama n sayısına), katkıda bulunmak ve yetenekli büyük derlemeler içerir. DMPC/DHPC bicelles, boyutunu örneğin, geleneksel çıktısından lipid oranı veya toplam konsantrasyonu optimizasyon ile kontrol edilir. ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² bu DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles mümkün olsa da, bicelle veziküller Teklifler Isıtma üzerine onların termo-tersinir dönüşüm terzilik seçenekleri eklendi. Veziküller şekillendirme membran filtreleri ile ekstrüzyon sağlar gibi mekanik anlamına gelir. Manyetik olarak alignable bicelles 5 ° C-soğutma üzerine yeniden oluşturulur ve boyutlarıyla vezikül öncüleri dikte. ¹¹ işbu, mekanik imalat işlemleri ile DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} potansiyelini ele (molar oranı 4:1:1) veya DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molar oranı 16:4:5:5) referans sistemleri olarak. Süreç siparişlerimiz ile diğer Ln^{3 +} daha Tm^{3 +}çalışırken işler. Bu teknikler tarafından sunulan olanaklar geniş şekil 1 ‘ de vurgulanır ve kapsamlı bir şekilde başka bir yerde tartışıldı. ²³

Şekil 1: olası üretim prosedürleri şematik bakış. Okudu manyetik alignable Ln^{3 +} şelat polymolecular derlemeler her iki DMPC/DMPE-DTPA/Tm-^{3 +} in oluşmaktadır (molar oranı 4:1:1) veya DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molar oranı 16:4:5:5). Kuru lipit filmin 7,4 pH değeri, bir 50 mM fosfat tampon ile sulu ve toplam lipid konsantrasyon 15 mM. Etkili bir nemlendirme lipit filmin de donma çözülme döngüsü (FT) veya Isıtma ve soğutma çevrimleri gerektirir (H & C). H & C döngüleri örnekleri son donma adım çözdürme sonra yeniden veya eğer onlar daha fazla ekstrüzyon kullanılmak üzere uzun bir süre içinde donmuş muhafaza örnekleri yeniden oluşturmak için gerekli. Aşağıdaki adımları Isabettini ve arktarafından kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. ²³ sonuna kadar alignable polymolecular derlemeler, lipid kompozisyona göre farklı derleme mimarileri teslim elde edilir. Bicelle boyutu ve manyetik alignability nanopore membran filtreleri ile ekstrüzyon (Ext) tarafından ayarlanabilir. Sunulan hizalama etkenler A_f 2D küçük açı nötron saçılma (San) desenleri 800, 400, 200 veya 100 kalıptan çekilmiş DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molar oranı 16:4:5:5) örneği üzerinden hesaplanan nm gözenekleri. Ölçümler daha ayrıntılı olarak burada kapsamında olmayan bicelle hizalama miktarının, tamamlayıcı bir anlamı vardır. ¹¹ ^, ¹⁶ izotropik saçılma için 0 -1 (paralel nötron saçılma veya manyetik alan yönü ile ilgili olarak bicelles dikey hizalamasını) arasında A_f değişen.Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Bicelles yapısını karakterizasyonu teknikleri geniş bir dizi tarafından kapsamlı bir şekilde okudu. ¹³ bicelles bir manyetik alana maruz hizalamasını NMR spektroskopisi veya küçük açı nötron saçılma (San) deneyler kullanarak sayısal. ⁵ ^, ¹⁰ ^, ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁶ ^, ¹⁷ ^, ¹⁸ ^, ¹⁹ ^, ²⁴ ^, ²⁵ ancak, shift ve Ln^{3 +} varlığında meydana gelen NMR doruklarına genişletmektedir yöntemine ciddi sınırlamalar vardır. ¹⁵ ^, ²⁶ ^, ²⁷ ^, ²⁸ rağmen SANS deneyler bu sınırlama, alternatif ve olmaz daha erişilebilir teknikleri çözüm derlemelerde manyetik olarak indüklenen hizalamasını rutin miktar için arzu edilir. Birefringence ölçümleri uygun ve nispeten basit bir alternatiftir. Mahsum NMR deneyleri için birefringence ölçümleri lipid düzenlemeler ve lipid aşamaları bilayer içinde meydana gelen değerli bilgileri ortaya koyuyor. Ayrıca, geometrik dönüştürmeleri sıcaklık gibi çevre koşulları değişen polymolecular derleme içinde meydana gelen izlenir. ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^, ¹⁶ manyetik olarak indüklenen birefringence Δn′ Fosfolipid sistemleri çeşitli çalışma kullanılmaya başlanmıştır. ¹³ ^, ²⁹ ^, ³⁰ birefringence ölçümleri bir manyetik alan içinde faz modülasyon tekniği dayalı bicelles yönünü bulmak için uygun bir yöntem var. ¹² ^, ¹⁶ ^, ¹⁸ ^, ²⁹ ^, ³¹ ^, ³² bicelles birefringence yüksek manyetik alanlarda en fazla 35 T ile soruşturma imkanı da M. Liebi vd tarafından sunuldu ¹³

Bir Anizotropik malzeme polarize ışığın girdiği zaman, olağan ve olağanüstü bir dalga kırılan. ¹¹ iki dalgalar farklı hızları var ve aşamasında retardasyon δ tarafından kaydırılır. Geriliği δ derecesini ölçülen ve bir birefringence sinyale dönüştürülür malzeme kullanarak anizotropi derecesini ölçmek için

(2)

Burada λ dalga boyu lazer ve d numune kalınlığı olmasıdır. Fosfolipitler optik Anizotropik ve onların optik eksen hidrokarbon kuyrukları paralel onların uzun moleküler eksenli denk geliyor. ¹¹ ^, ¹² fosfolipitler rastgele çözüm odaklı Eğer hiçbir retardasyon ölçülür. Fosfolipitler birbirine paralel hizalandığında retardasyon ölçülür. Manyetik olarak indüklenen birefringence bir pozitif veya negatif işaret molekülleri yönünü bağlı olarak manyetik alanına; olabilir bkz: Şekil 2. Paralel x ekseni için hizalı fosfolipitler olumsuz bir neden olacaktır , bu hizalanmış z ekseni boyunca olumlu bir sonuç ise . Hiçbir birefringence Fosfolipid paralel y ekseni olarak hizalar gibi optik eksen ışık yayma yönü ile ne zaman denk görülmektedir.

Resim 2: Uyum fosfolipitler ve karşılık gelen manyetik olarak indüklenen birefringence iz . Ölçülen iz manyetik alandaki Fosfolipid yönünü bağlıdır. Optik eksen molekülün kesik çizgilerle gösterilir. Işık 45 ° polarize ve y yönde yayar. Manyetik alan B z yönünde olur. Bu rakam M. Liebi değiştirildi. ¹¹ Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Bir izotropik kolloidal süspansiyon bicelles söz konusu olduğunda, bilayer fosfolipitler düzenlenmesi tarafından indüklenen yönlendirme, retardasyon δ sıfırlanması kaybolacaktır. Bicelles aynı zamanda bir zeka özrü δ polarize ışığın neden onların bilayers optik etkin fosfolipitler yönlendirmek amacıyla hizalamanız gerekir. Sonuç olarak, birefringence polymolecular derlemeler manyetik alignability ölçmek için önemli bir araçtır. Bicelles hizalanmış dikey manyetik alan olarak olumlu bir verecek , bu paralel uyumlu bir negatif verecektir iken . İşareti belgili tanımlık tertibat Hizalama’bağlıdır ve örneği ile kontrol edilebilir.

Protocol

1. üretim yordamı için DMPC/DMPE-DTPA/Tm3 + (molar oranı 4:1:1) ve DMPC/Choi-OH/DMPE-DTPA/Tm3 + (molar oranı 16:4:5:5) polymolecular derlemeler Ön hazırlıklar Yıkama yıkama tarafından tüm Züccaciye Mağazaları bir kez etanol ile stabilize kloroform (> % 99 kloroform) ve sıkıştırılmış hava ile kuru. 2 ayrı 10 mg/mL stok çözümlerinde DMPC ve DMPE-DTPA etanol stabilize kloroform üretmek (> % 99 kloroform), bir 10 mM hisse senedi çözü…

Representative Results

Bir sigara kalıptan çekilmiş DMPC/DMPE-DTPA/Tm3 + birefringence sinyal (molar oranı 4:1:1) örnek bir Isıtma ve soğutma döngüsü 5 ila 40 ° C ve 1 ° C/dk (şekil 6) oranında geri sırasında 5,5 T manyetik alan altında izlenir. Birefringence sonuçları 5 ° c değeri yüksek manyetik hizalamaları 1.5 x 10-5, iki kat daha güçlü bildirilen ekstrüzyon sistemleri gelince doğruladı. 6 , <…

Discussion

Derlemeler olduğunu Isabettini vd. fosfolipitler şelat manyetik olarak son derece duyarlı Ln^{3 +}oluşturmak için yöntemleri değerlendirmek için nasıl birefringence ölçümleri SANS ile birlikte kullanılan ayrıntılı hesabını deneyler ²³ önerilen imalat protokolleri de daha uzun DPPC ve DPPE-DTPA fosfolipitler oluşan derlemeler için veya onların bilayer kimyasal mühendislik steroid türevleri içerenler için geçerlidir. ¹¹ ^,</sup…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar SMhardBi (proje numarası 200021_150088/1) finansmanı için İsviçre Ulusal Bilim Vakfı kabul etmiş oluyorsunuz. İsviçre spallation nötron kaynağı Hoşlandığımı, Paul Scherrer Instute, Villigen, İsviçre SANS deneyler yapıldı. Yazarlar sıcak Dr. Joachim Kohlbrecher SANS deneyleri ile onun rehberlik için teşekkür ederiz. Birefringence ölçüm Kur yüksek manyetik alanlar’ın altında yüksek-alan manyetik Laboratuvarı HFML, Nijmegen, Hollanda varolan kurulumundan ilham kaynağı oldu. Bruno Pfister birefringence Kur elektronik gelişmekte olan onun yardım için Jan Corsano ve Daniel iyi ve facile hizalama lazer izin çerçeveler oluşturmak için Kiechl ve Dr. Bernhard Koller devam eden teknik destek için teşekkür ederiz.

Materials

1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC)	Avanti Polar Lipids	850345P	>99%
1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate acid hexammonium salt (DMPE-DTPA)	Avanti Polar Lipids	790535P	>99%
Thulium(III) chloride	Sigma-Aldrich	439649	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Dysprosium(III) chloride	Sigma-Aldrich	325546	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Ytterbium(III) chloride	Sigma-Aldrich	439614	anhydrous, powder, 99.9% trace metals basis
Chloroform	Sigma-Aldrich	319988	contains ethanol as stabilizer, ACS reagent, ≥99.8%
Methanol	Sigma-Aldrich	34860	≥99.9%
Cholesterol	Amresco	433	Ultra pure grade
D2O	ARMAR chemicals	1410	99.8 atom % D
Ultrapure water	Millipore		Synergy pak2 (SYPK0SIX2), Millipack GP (MPGP02001)
electronic pH meter	Metrohm	17440010
Whatmann Nuclepore 25 mm 100nm membrane filter	VWR	515-2028
Whatmann Nuclepore 25 mm 200nm membrane filter	VWR	515-2029
Whatmann Nuclepore 25 mm 400nm membrane filter	VWR	515-2030
Whatmann Nuclepore 25 mm 800nm membrane filter	VWR	515-2032
Whatmann Filter paper	VWR	230600
25 ml round bottom flask	VWR	201-1352	14/23 NS
3 ml glass snap-cup	VWR	548-0554	ND18, 18x30mm
2.5 ml glass syringe	Hamilton
Sodium dihydrogen phosphate dihydrate	Merk	1.06342	Salt used to make phosphate buffer
di-Sodium hydrogen phosphate	Merk	1.06586	Salt used to make phosphate buffer
Liquid Nitrogen	Carbagas	–
Pressurized Nitrogen gas	Carbagas	–	200 bar bottle
Lipid Extruder 10 ml	Lipex	–	Fully equipped with thermobarrel
High-pressure PVC tube	GR NETUM	–	must resist more than 4 MPa
Serto adaptors	Sertot	–
Nitrile gloves	VWR	–
2 ml glass pipettes	VWR	612-1702	230 mm long
Diode Laser	Newport	LPM635-25C
DSP Dual Phase Lock-in Amplifier	SRS	SR830
Photodiode Detector	Silonex Inc.	SLSD-71N5	5mm2, Silicon, photo-conductive
5.5 T Cryogenic Magnetic	Cryogenic/Oerlikon AG	–	12 bar He-cooled. RW4000/6000 compressor, RGD 5/100 TA cryo-head
Second order low pass filter	home-built	–	Linear power supply 24V DC, second order, Sallen Key, cut-off frequency 360 Hz, +/- 12V, max 10 mA
Photoelastic modulator	Hinds instruments	PEM-90
Glan-Thompson Calcite Polarizer	Newport	10GT04	25.4mm diameter
Quartz sample cuvette	Hellma	165-10-40	temperature controlled cell, 0.8 ml, 10mm path length
Temperature probe	Thermocontrol	–	Type K, 0.5mm diameter, Thermocoax
Non-polarizing mirrors	Newport	50326-1002	25.4mm
RS 232 cables	National Instruments	189284-02	For Connecting to the RS-232 Port on the front of Compact FieldPoint Controllers
BNC 50 Ω cable and connectors	National Instruments	763389-01
cFP-AI-110	National Instruments	777318-110	8-Channel Analog Voltage and Current Input Module for Compact FieldPoint
cFP-CB-1	National Instruments	778618-01	Integrated Connector Block for Wiring to Compact FieldPoint I/O
cFP-CB-3	National Instruments	778618-03	Integrated Isothermal Connector Block for Wiring Thermocouples to the cFP-TC-120 Module
cFP-TC-120	National Instruments	777318-120	8-Channel Thermocouple Input Module for Compact FieldPoint
cFP-1804	National Instruments	779490-01	Ethernet/Serial Interface for NI Compact FieldPoint
LabView 2010	National Instruments	–
Industrial power supply	Traco Power	TCL 060-124	100-240V AC
Waterbath	Julabo	FP40-HE	refrigerated/Heating Circulator

References

Sanders, C. R., Hare, B. J., Howard, K. P., Prestegard, J. H. Magnetically-oriented phospholipid micelles as a tool for the study of membrane-associated molecules. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 26, 421-444 (1994).
Glover, K. J., et al. Structural evaluation of phospholipid bicelles for solution-state studies of membrane-associated biomolecules. Biophys. J. 81 (4), 2163-2171 (2001).
Katsaras, J. H. T. A., Pencer, J., Nieh, M. -. P. “Bicellar” lipid mixtures as used in biochemical and biophysical studies. Naturwissenschaften. 92 (8), 355-366 (2005).
Sanders, C. R., Prosser, R. S. Bicelles: a model membrane system for all seasons?. Structure. 6 (10), 1227-1234 (1998).
Dürr, U. H. N., Soong, R., Ramamoorthy, A. When detergent meets bilayer: birth and coming of age of lipid bicelles. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 69, 1-22 (2013).
Dürr, U. H. N., Gildenberg, M., Ramamoorthy, A. The magic of bicelles lights up membrane protein structure. Chem. Rev. 112, 6054-6074 (2012).
Ujwal, R., Abramson, J. High-throughput crystallization of membrane proteins using the lepidic bicelle method. J. Vis. Exp. (59), (2012).
Barbosa-Barros, L., et al. Bicelles: lipid nanostructured platforms with potential dermal applications. Small. 6, 807-818 (2012).
Lin, L., et al. Hybrid bicelles as a pH-sensitive nanocarrier for hydrophobic drug delivery. RSC Adv. 6, 79811-79821 (2016).
Beck, P., et al. Novel type of bicellar disks from a mixture of DMPC and DMPE-DTPA with complexed lanthanides. Langmuir. 26 (8), 5382-5387 (2010).
Liebi, M. . Tailored phospholipid bicelles to generate magnetically switchable material. , (2013).
Liebi, M., et al. Magnetically enhanced bicelles delivering switchable anisotropy in optical gels. ACS. Appl. Mater. Interfaces. 6 (2), 1100-1105 (2014).
Liebi, M., et al. Alignment of bicelles studied with high-field magnetic birefringence and small-angle neutron scattering measurements. Langmuir. 29, 3467-3473 (2013).
Prosser, R. S., Hwang, J. S., Vold, R. R. Magnetically aligned phospholipid bilayers with positive ordering: a new model membrane system. Biophys J. 74, 2405-2418 (1998).
Prosser, R. S., Bryant, H., Bryant, R. G., Vold, R. R. Lanthanide chelates as bilayer alignment tools in NMR studies of membrane-associated peptides. J. Magn. Reson. 141, 256-260 (1999).
Liebi, M., Kohlbrecher, J., Ishikawa, T., Fischer, P., Walde, P., Windhab, E. J. Cholesterol increases the magnetic aligning of bicellar disks from an aqueous mixture of DMPC and DMPE-DTPA with complexed thulium ions. Langmuir. 28 (29), 10905-10915 (2012).
Liebi, M., et al. Cholesterol-diethylenetriaminepentaacetate complexed with thulium ions integrated into bicelles to increase their magnetic alignability. J. Phys. Chem. B. 117 (47), 14743-14748 (2013).
Isabettini, S., et al. Tailoring bicelle morphology and thermal stability with lanthanide-chelating cholesterol conjugates. Langmuir. 32, 9005-9014 (2016).
Isabettini, S., et al. Mastering the magnetic susceptibility of magnetically responsive bicelles with 3β-Amino-5-Cholestene and complexed lanthanide ions. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 10820-10824 (2017).
De Angelis, A. A., Opella, S. J. Bicelle samples for solid-state NMR of membrane proteins. Nat. Protoc. 2 (10), 2332-2338 (2007).
Son, W. S., et al. “Q-Titration” of long-chain and short-chain lipids differentiates between structured and mobile residues of membrane proteins studied in bicelles by solution NMR spectroscopy. J. Magn. Reson. 214, 111-118 (2012).
. Bicelle Preparation Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/bicelle-preparation (2017)
Isabettini, S., et al. Methods for Generating Highly Magnetically Responsive Lanthanide-Chelating Phospholipid Polymolecular Assemblies. Langmuir. 33, 6363-6371 (2017).
Nieh, M. -. P., Glinka, C. J., Krueger, S., Prosser, R. S., Katsaras, J. SANS study on the effect of lanthanide ions and charged lipids on the morphology of phospholipid mixtures. Biophysical Journal. 82 (5), 2487-2498 (2002).
Watts, A., Spooner, P. J. R. Phospholipid phase transitions as revealed by NMR. Chem. Phys. Lip. 57, 195-211 (1991).
Bleaney, B. Nuclear magnetic-resonance shifts in solution due to lanthanide ions. J. Magn. Reson. 8, 91-100 (1972).
Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. Solid-state NMR studies of magnetically aligned phospholipid membranes: taming lanthanides for membrane protein studies. Biochem. Cell Biol. 76, 443-451 (1998).
Prosser, R. S., Volkov, V. B., Shiyanovskaya, I. V. Novel chelate-induced magnetic alignment of biological membranes. Biophys. J. 75, 2163-2169 (1998).
Shklyarevskiy, I. O., et al. Magnetic alignment of self-assembled anthracene organogel fibers. Langmuir. 21, 2108-2112 (2005).
Christianen, P. C. M., Shklyarevskiy, I. O., Boamfa, M. I., Maan, J. C. Alignment of molecular materials in high magnetic fields. Physica B: Condens. Matter. 346, 255-261 (2004).
Maret, G., Dransfeld, K. Biomolecules and polymers in high steady magnetic fields. Top. App. Phys. 57, 143-204 (1985).
Gielen, J. C., Shklyarevskiy, I. O., Schenning, A. P. H. J., Christianen, P. C. M., Maan, J. C. Using magnetic birefringence to determine the molecular arrangement of supramolecular nanostructures. Sci. Tech. Adv. Mater. 10 (1), 014601 (2009).
Shklyarevskiy, I. O. . Deformation and ordering of molecular assemblies in high magnetic fields. , (2005).
Fuller, G. G. . Optical rheometry of complex fluids. , (1995).
Walde, P., Cosentino, K., Engel, H., Stano, P. Giant vesicles: preparations and applications. ChemBioChem. 11, 848-865 (2010).
. Liposome Preparation Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation (2017)
. Preparing Large, Unilamellar Vesicles by Extrusion (LUVET) Available from: https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation/luvet (2017)
Isabettini, S., et al. Molecular engineering of lanthanide ion chelating phospholipids generating assemblies with a switched magnetic susceptibility. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 20991-21002 (2017).
Battaglia, M. R., Ritchie, G. L. D. Molecular magnetic anisotropies from the Cotton-Mouton effect. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2. 73 (2), 209-221 (1977).
Sprunt, S., Nounesis, G., Litster, J. D., Ratna, B., Shashidhar, R. High-field magnetic birefringence study of the phase behavior of concentrated solutions of phospholipid tubules. Phys. Rev. E. 48 (1), 328-339 (1993).
Zhao, J., et al. Continuous paranematic ordering of rigid and semiflexible amyloid-Fe3O4 hybrid fibrils in an external magnetic field. Biomacromolecules. 17 (8), 2555-2561 (2016).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Isabettini, S., Baumgartner, M. E., Fischer, P., Windhab, E. J., Liebi, M., Kuster, S. Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies. J. Vis. Exp. (131), e56812, doi:10.3791/56812 (2018).