Fabricage Procedures en dubbele breking metingen voor het ontwerpen van magnetisch responsieve Lanthanide Ion chelaat fosfolipide Assemblies

Bicelles zijn polymolecular schijf-achtige assemblages verkregen uit talrijke lipide-mengsels. ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5} zijn ze veel gebruikt voor de structurele karakterisering van membraan biomoleculen door NMR spectroscopie. ^{6 , 7} echter, recente inspanningen willen uitbreiden op het gebied van mogelijke toepassingen. ^{5 , 8 , 9} de meest bestudeerde bicelle systeem bestaat uit een mengsel van 1,2-dimyristoyl –sn– glycero-3-fosfocholine (DMPC), die deel uitmaken van het vlakke deel van de vergadering en 1,2-dihexanoyl –sn– glycero-3-fosfocholine (DHPC) Fosfolipide die betrekking hebben op de rand. ^{1 , 2 , 3} de moleculaire geometrie van de fosfolipiden componeren het dubbelgelaagde dicteren de architectuur van de structuur van zelf geassembleerde polymolecular. ^{4 , 5} ter vervanging van DHPC met DMPE-DTPA genereert zeer magnetisch responsieve en afstembare bicelle systemen. ^{10 , 11} DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} (molaire verhouding 4:1:1) bicelles koppelen met veel meer paramagnetisch lanthanide ionen (Ln^{3 +}) op van de dubbelgelaagde oppervlak, wat resulteert in een verbeterde magnetische reactie. ¹⁰ voorts, ter vervanging van de in water oplosbare DHPC moleculen met DMPE-DTPA/Ln^{3 +} maakt de vorming van verdunning-resistente bicelles. ¹¹

De magnetische alignability van vlakke polymolecular assembly’s wordt gedicteerd door hun algemeen magnetische energie,

(1)

Indien B de magnetische veldsterkte is, de magnetische constant, n het nummer van de aggregatie en de anisotropie van de moleculaire diamagnetisch gevoeligheid van het samenstellen van de dubbelgelaagde lipiden. Daarom is de reactie van DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles op magnetische velden op maat door hun grootte (totale getal n) en de moleculaire diamagnetisch gevoeligheid anisotropie Δχ. De laatste wordt gemakkelijk bereikt door het veranderen van de aard van de chelaat Ln^{3 +}. ^{12 , 13 , 14 , 15} Introducing cholesterol (Chol-OH) of andere steroïde derivaten in de dubbelgelaagde biedt de mogelijkheid van tuning van zowel de statistische getal n en de Δχ van de magnetische gevoeligheid van de vergaderingen. ^{11 , 16 , 17 , 18 , 19} voor de samenstelling van een bepaald lipide, grotere assemblages bevatten meer lipiden die kunnen bijdragen aan de E-_mag (grotere statistische getal n), wat resulteert in meer alignable soorten. De grootte van DMPC/DHPC bicelles, bijvoorbeeld, wordt conventioneel gecontroleerd door optimalisatie van het componeren vetgehalte voor verhouding of totaal. ^{20 , 21 , 22} maar dit mogelijk in DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles is, hun thermo-omkeerbare transformatie van bicelle naar blaasjes op verwarming aanbiedingen toegevoegd spastische opties. Mechanische betekent zoals extrusie via membraanfilters kunt vormgeven van de blaasjes. Het magnetisch alignable bicelles op koeling tot 5 ° C worden geregenereerd en hun afmetingen van het vesikel precursors worden gedicteerd. ¹¹ Herein, richten we ons op het potentieel van mechanische fabricage procedures met DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molaire verhouding 4:1:1) of DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molaire verhouding 16:4:5:5) als referentiesystemen. Het proces werkt naar analogie bij het werken met andere Ln^{3 +} dan Tm^{3 +}. Het brede scala van mogelijkheden die worden geboden door deze technieken zijn gemarkeerd in Figuur 1 en elders uitvoerig besproken. ²³

Figuur 1: Schematisch overzicht van de mogelijke fabricage procedures. De bestudeerde magnetisch alignable Ln^{3 +} chelaatvormers polymolecular assembly’s zijn samengesteld uit beide DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molaire verhouding 4:1:1) of DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molaire verhouding 16:4:5:5). De droge lipide-film is met een 50 mM fosfaatbuffer op een pH van 7,4 gehydrateerd en het totale vetgehalte is 15 mM. Een effectieve hydratatie van de lipide-film vereist bevriezen of ontdooien cycli (FT) of verwarming en koeling cycli (H & C). H & C cycli zijn nodig om te regenereren monsters na de laatste vorst ontdooien stap, of te regenereren monsters bevroren gehouden over een langere periode van tijd als ze moeten worden gebruikt zonder verdere extrusie. Deze stappen worden uitvoerig besproken door Isabettini et al. ²³ maximaal alignable polymolecular assemblages resultaat wordt bereikt, het leveren van de vergadering van de verschillende platforms gebaseerd op de samenstelling van lipide. De grootte van de bicelle en de magnetische alignability is afstembare door extrusie (Ext) via nanopore membraanfilters. De gepresenteerde uitlijning factoren A_f werden berekend op basis van 2D kleine hoek neutronen verstrooiing (SANS) patronen van een DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (molaire verhouding 16:4:5:5) monster geëxtrudeerd via 800, 400, 200 of 100 nm poriën. SANS metingen zijn een complementaire middelen van het kwantificeren van de uitlijning van de bicelle die niet aan bod komt in meer detail hierin. ^{11 , 16} de A_f varieert van -1 (parallelle neutronen verstrooiing of loodrecht uitlijning van de bicelles met betrekking tot de richting van het magnetisch veld) op 0 voor isotrope verstrooiing.Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De structuur van bicelles is uitgebreid bestudeerd door een breed scala van karakterisering technieken. ¹³ de uitlijning van de bicelles blootgesteld aan een magnetisch veld heeft gekwantificeerd met behulp van NMR-spectroscopie of kleine hoek neutronen verstrooiing (SANS) experimenten. ^{5 , 10 , 11 , 12 , 13 , 16 , 17 , 18 , 19 , 24 , 25} de verschuiving en de verbreding van de pieken van de NMR voordoet in aanwezigheid van Ln^{3 +} zijn echter ernstige beperkingen aan de methode. ^{15 , 26 , 27 , 28} hoewel SANS experimenten lijden niet onder deze beperking, alternatieve en toegankelijker technieken zijn wenselijk voor routinematige kwantificering van magnetisch geïnduceerde uitlijning van assemblages in oplossing. Dubbele breking metingen zijn een levensvatbare en relatief eenvoudig alternatief. Analoog aan NMR experimenten onthullen dubbele breking metingen waardevolle informatie over lipide herschikkingen en lipide fasen die zich voordoen in de dubbelgelaagde. Bovendien, meetkundige transformaties die zich voordoen in de vergadering van de polymolecular met veranderlijke omgevingsomstandigheden zoals temperatuur worden gecontroleerd. ^{11 , 12 , 13 , 16} magnetisch geïnduceerde dubbele breking Δn′ is gebruikt voor het bestuderen van verschillende soorten fosfolipide systemen. ^{13 , 29 , 30} dubbele breking metingen gebaseerd op de techniek van de fase modulatie in een magnetisch veld is een haalbare methode om de oriëntatie van bicelles detecteren. ^{12 , 16 , 18 , 29 , 31 , 32} de mogelijkheid onderzoeken van bicelles met dubbele breking in hoge magnetische velden tot 35 T werd ook aangetoond door M. Liebi et al. ¹³

Als gepolariseerd licht een anisotrope materiaal binnenkomt, zal het worden gebroken in een gewone en buitengewone golf. ¹¹ de twee golven hebben verschillende snelheden en in fase door een δ retardatie worden verschoven. De mate van vertraging δ wordt gemeten en omgezet in een dubbele breking signaal te kwantificeren van de mate van anisotropie in het materiaal met

(2)

waar is λ de golflengte van de laser en d de dikte van het monster. Fosfolipiden zijn optisch anisotrope en hun optische as samenvalt met hun lange moleculaire assen, parallel aan de staarten van koolwaterstof. ^{11 , 12} geen vertraging wordt gemeten als de fosfolipiden willekeurig in oplossing georiënteerde zijn. Vertraging wordt gemeten als fosfolipiden, parallel met elkaar worden uitgelijnd. Het magnetisch geïnduceerde dubbele breking kan hebben een positief of negatief teken afhankelijk van de oriëntatie van de moleculen in het magnetisch veld; Zie Figuur 2. Fosfolipiden parallel uitgelijnd met de x-as zal resulteren in een negatieve , terwijl die uitgelijnd langs de z-as in een positieve resulteren . Geen dubbele breking is waargenomen wanneer de optische as samenvalt met de richting van licht propagatie zoals de fosfolipide uitgelijnd evenwijdig aan de y-as.

Figuur 2: Aanpassing van de fosfolipiden en het bijbehorende teken van het magnetisch geïnduceerde dubbele breking . Het teken van de gemeten is afhankelijk van de oriëntatie van de fosfolipide in het magnetisch veld. Onderbroken lijnen geven de optische as van het molecuul. Het licht is gepolariseerd op 45° en zich voortplant in de y-richting. Het magnetisch veld B is in de z-richting. Dit cijfer is gewijzigd van M. Liebi. ¹¹ Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

In het geval van een isotroop colloïdale suspensie van bicelles zullen de oriëntatie geïnduceerd door de rangschikking van de fosfolipiden in de dubbelgelaagde verloren gaan, de retardatie δ zeroing. De bicelles moet ook uitlijnen om te oriënteren de optisch actieve fosfolipiden in hun bilayers, waardoor een retardatie δ van de gepolariseerd licht. Dubbele breking is derhalve een gevoelig instrument te kwantificeren van de magnetische alignability van de polymolecular-assembly’s. Bicelles uitgelijnd loodrecht op het magnetisch veld resulteert in een positieve , terwijl die parallel uitgelijnd in een negatieve resulteert . Het bord hangt af van de uitlijning van de setup en kan worden gecontroleerd met een referentiemonster.