Fertigung-Verfahren und Doppelbrechung Messungen für die Gestaltung von magnetisch reagieren Lanthanoid-Ionen chelatisierenden Phospholipid-Baugruppen

Bicelles sind scheibenartige Polymolecular Baugruppen aus zahlreiche Lipid-Mischungen gewonnen. ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5} sie sind für die strukturelle Charakterisierung von Membran Biomoleküle durch NMR-Spektroskopie verbreitet. ^{6 , 7} jüngste Bemühungen sollen jedoch das Feld der Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern. ^{5 , 8 , 9} das am meisten untersuchte Bicelle System besteht aus einer Mischung von 1,2-Dimyristoyl –sn– Glycero-3-Phosphocholin (DMPC), die planar Bestandteil der Versammlung und 1,2-Dihexanoyl –sn– Glycero-3-Phosphocholin (DHCP) Phospholipid über den Rand. ^{1 , 2 , 3} die molekulare Geometrie der Phospholipide, die Komposition der Bilayer bestimmen die Architektur der selbstgebaute Polymolecular Struktur. ^{4 , 5} Ersatz DHCP mit DMPE-DTPA erzeugt sehr magnetisch reagieren und einstellbaren Bicelle Systeme. ^{10 , 11} DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} (molares Verhältnis 4:1:1) Bicelles assoziieren mit vielen mehr paramagnetischen Lanthanoid-Ionen (Ln^{3 +}) auf der Bilayer Oberfläche, wodurch eine verbesserte magnetische Antwort. ¹⁰ im übrigen ersetzt die wasserlösliche DHCP-Moleküle mit DMPE-DTPA/Ln^{3 +} ermöglicht die Bildung von Verdünnung-resistente Bicelles. ¹¹

Die magnetische Alignability planare Polymolecular Baugruppen wird durch ihre insgesamt magnetische Energie diktiert,

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wo B die magnetische Feldstärke ist, die magnetische Konstante, n die Aggregation Anzahl und der molekularen diamagnetische Suszeptibilität Anisotropie der Lipide der Bilayer zu komponieren. Daher ist die Reaktion der DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} Bicelles auf magnetische Felder durch ihre Größe (aggregierte Zahl n) und der molekularen diamagnetische Suszeptibilität Anisotropie Δχ zugeschnitten. Letzteres wird leicht durch Änderung der Art der Chelat Ln^{3 +}erreicht. ^{12 , 13 , 14 , 15} Introducing Cholesterin (Chol-OH) oder anderen Steroid Derivate in der Bilayer bietet die Möglichkeit des Tunings die aggregierte Anzahl n und der magnetischen Suszeptibilität Δχ der Baugruppen. ^{11 , 16 , 17 , 18 , 19} für einen gegebenen Lipidzusammensetzung enthalten größere Baugruppen mehr Lipide in der Lage, einen Beitrag zur E-_Mag (größer aggregierte Zahl n), was zu mehr Einlaufkästen Arten. Die Größe der DMPC/DHCP Bicelles ist z. B. konventionell durch Optimierung der kompositorischen Lipidkonzentration Verhältnis oder insgesamt gesteuert. ^{20 , 21 , 22} auch wenn dies in DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} Bicelles möglich ist, ihre Thermo-Reversible Umwandlung von Bicelle zu Bläschen auf Heizung Angebote Schneiderei Optionen hinzugefügt. Mechanische bedeutet wie Extrusion durch Membranfilter ermöglicht die Gestaltung der Vesikel. Die magnetisch anreihbar Bicelles werden beim Abkühlen auf 5 ° C regeneriert und ihre Dimensionen sind aus der Vesikel-Vorstufen diktiert. ¹¹ Herein, wir konzentrieren uns auf das Potenzial der mechanischen Fertigung Verfahren mit DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molares Verhältnis 4:1:1) oder DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (Molverhältnis 16:4:5:5) als Bezugssysteme. Der Prozess funktioniert analog bei der Arbeit mit anderen Ln^{3 +} als Tm^{3 +}. Die breite Palette von Möglichkeiten, die diese Techniken sind in Abbildung 1 hervorgehoben und an anderer Stelle ausführlich erläutert. ²³

Abbildung 1: Schematische Übersicht über die möglichen Herstellung Verfahren. Die studierten magnetisch Einlaufkästen Ln^{3 +} Komplexbildner Polymolecular Baugruppen bestehen aus entweder DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molares Verhältnis 4:1:1) oder DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (Molverhältnis 16:4:5:5). Die trockenen Lipid-Film wird mit einem 50 mM-Phosphat-Puffer auf einen pH-Wert von 7,4 hydratisiert und die gesamten Lipidkonzentration beträgt 15 mM. Eine effektive Hydratation der Lipid-Film erfordert entweder Einfrieren Auftauen Zyklen (FT) oder Heizen und kühlen Zyklen (H & C). H & C Zyklen sind notwendig, Proben nach dem letzten Einfrieren Auftauen Schritt regenerieren oder regenerieren Proben über einen längeren Zeitraum hinweg eingefroren aufbewahrt, wenn sie ohne weitere Extrusion verwendet werden sollen. Diese Schritte werden von Isabettini Et al.ausgiebig diskutiert. ²³ maximal anreihbar Polymolecular Baugruppen werden erreicht, liefern verschiedene Montage-Architekturen basierend auf der Lipidzusammensetzung. Die Bicelle Größe und magnetische Alignability ist abstimmbaren durch Extrusion (Ext) durch Nanopore Membranfilter. Dargestellten Ausrichtung Faktoren A_f wurden berechnet aus 2D kleiner Winkel Neutron (SANS) Streubildern einer DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (Molverhältnis 16:4:5:5) Probe extrudiert über 800, 400, 200 oder 100 nm Poren. SANS Messungen sind ergänzende Mittel zur Quantifizierung der Bicelle Ausrichtung, die im Detail hier nicht abgedeckt werden. ^{11 , 16} die A-_f reicht von-1 (parallele Neutronenstreuung oder senkrechte Ausrichtung des Bicelles in Bezug auf die Richtung des Magnetfeldes) bis 0 für isotrope Lichtstreuung.Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur.

Die Struktur des Bicelles wurde durch eine Vielzahl von Charakterisierung Techniken ausgiebig untersucht. ¹³ die Ausrichtung des Bicelles, einem Magnetfeld ausgesetzt wurde quantifiziert, entweder mithilfe NMR-Spektroskopie oder kleinen Winkel Neutron Streuexperimente (SANS). ^{5 , 10 , 11 , 12 , 13 , 16 , 17 , 18 , 19 , 24 , 25} sind jedoch die Verschiebung und Verbreiterung der NMR Spitzen Auftritt im Beisein von Ln^{3 +} gravierende Einschränkungen der Methode. ^{15 , 26 , 27 , 28} obwohl SANS Experimente nicht leiden diese Einschränkung, alternative und mehr zugängliche Techniken sind wünschenswert für routinemäßige Quantifizierung von magnetisch induzierte Ausrichtung von Baugruppen in Lösung. Doppelbrechung Messungen sind eine vergleichsweise einfache und praktikable Alternative. Analog zeigen NMR-Experimente, Doppelbrechung Messungen wertvolle Informationen über Lipid Umgestaltungen und Lipid-Phasen in der Bilayer auftreten. Darüber hinaus sind geometrische Transformationen, die in der Polymolecular-Versammlung mit wechselnden Umweltbedingungen wie Temperatur überwacht. ^{11 , 12 , 13 , 16} magnetisch induzierte Doppelbrechung Δn′ wurde verwendet, um verschiedene Arten von Phospholipid-Systeme zu studieren. ^{13 , 29 , 30} Doppelbrechung Messungen auf der Grundlage der Phasenmodulation Technik in einem Magnetfeld ist eine praktikable Methode, um Ausrichtung des Bicelles zu erkennen. ^{12 , 16 , 18 , 29 , 31 , 32} die Möglichkeit der Untersuchung von Bicelles mit Doppelbrechung in hohen Magnetfeldern bis zu 35 T zeigte auch von M. Liebi Et al. ¹³

Wenn polarisiertes Licht ein anisotropen Materials tritt, wird es in einer ordentlichen und außerordentlichen Welle gebrochen. ¹¹ die zwei Wellen haben unterschiedliche Geschwindigkeiten und werden durch eine Verzögerung δ in Phase verschoben. Der Grad der Behinderung δ gemessen und in eine Doppelbrechung Signal umgewandelt , den Grad der Anisotropie in der materiellen mit zu quantifizieren

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wo λ ist die Wellenlänge des Lasers und d ist die Dicke der Probe. Phospholipide sind optisch anisotropen und ihre optische Achse deckt sich mit ihren langen molekularen Achsen parallel zu den Kohlenwasserstoff-Schwänzen. ^{11 , 12} keine Retardierung wird gemessen, wenn die Phospholipide in Lösung nach dem Zufallsprinzip orientiert sind. Retardierung wird gemessen, wenn Phospholipide parallel zueinander ausgerichtet sind. Der magnetisch induzierte Doppelbrechung haben einen positiven oder negativen Vorzeichen abhängig von der Orientierung der Moleküle in das magnetische Feld; siehe Abbildung 2. Phospholipide, die parallel zur x-Achse ausgerichtet führt zu einer negativen , während die ausgerichteten entlang der z-Achse zur Folge haben einer positives . Keine Doppelbrechung wird beobachtet, wenn die optische Achse mit der Richtung der Lichtausbreitung fällt, wie die Phospholipid Parallel zur y-Achse ausgerichtet.

Abbildung 2: Ausrichtung der Phospholipide und der entsprechenden Zeichen der magnetisch induzierte Doppelbrechung . Das Zeichen des gemessenen richtet sich nach der Ausrichtung des Phospholipid im Magnetfeld. Gestrichelte Linien zeigen die optische Achse des Moleküls. Das Licht ist um 45° polarisiert und breitet sich in y-Richtung. Das Magnetfeld B befindet sich in Z-Richtung. Diese Zahl wurde von M. Liebi geändert. ¹¹ Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Im Falle einer isotropen kolloidale Suspension von Bicelles wird die Ausrichtung durch die Anordnung der Phospholipide in der Bilayer induzierte Nullung Retardierung δ verloren gehen. Die Bicelles müssen auch ausrichten, um die optisch aktive Phospholipide in ihre Bilayer, verursacht eine Verzögerung δ von polarisiertem Licht orientieren. Infolgedessen ist die Doppelbrechung sensible Werkzeug, das magnetische Alignability Polymolecular Baugruppen zu quantifizieren. Bicelles ausgerichtet senkrecht zum Magnetfeld ergibt eine Positive , während die parallel ausgerichtet eine Negative erbringt . Das Schild hängt von der Ausrichtung des Setups und kann mit einer Referenzprobe überprüft werden.