We present a protocol to rapidly form giant polymer vesicles (pGVs). Briefly, polymer solutions are dehydrated on dried agarose films adhered to coverslips. Rehydration of the polymer films results in rapid formation of pGVs. This method greatly advances the preparation of synthetic giant vesicles for direct applications in biomimetic studies.
Polymer vesicles, or polymersomes, are being widely explored as synthetic analogs of lipid vesicles based on their stability, robustness, barrier properties, chemical versatility and tunable physical characteristics. Typical methods used to prepare giant-sized (> 4 µm) vesicles, however, are both time and labor intensive, yielding low numbers of intact polymersomes. Here, we present for the first time the use of gel-assisted rehydration for the rapid and high-yielding formation of giant (>4 µm) polymer vesicles (polymersomes). Using this method, polymersomes can be formed from a wide array of rehydration solutions including several different physiologically-compatible buffers and full cell culture media, making them readily useful for biomimicry studies. This technique is also capable of reliably producing polymersomes from different polymer compositions with far better yields and much less difficulty than traditional methods. Polymersome size is readily tunable by altering temperature during rehydration or adding membrane fluidizers to the polymer membrane, generating giant-sized polymersomes (>100 µm).
合成セルサイズ、巨大な単層小胞(GUVs)の作成 は、人工細胞様システム1,2を生成するための枠組みを構築するために、異なる細胞過程のin vitroでの復興への関心が高まっています。脂質膜で構成GUVsは自然、生体膜の優れた模倣であるが、それらは環境変動に対して不安定であり、かなり短い貯蔵寿命を有します。これらの制限のために、両親媒性ブロックコポリマーは、ポリマー小胞、またはポリマーソームを形成する脂質模倣物として使用されています。 8 –この文脈の中で、ポリマーソームは、その増大した安定性3、化学的汎用性4,5及び修正物理的特性6にバイオミメティックセルシステムの開発に有利で す。
巨大なサイズのポリマーソームは、電鋳9とテンプレート再水和10、ワットの両方を含んで形成する現在の方法HICH、時間がかかり、労働集約型である特殊な装置を必要とし、無傷の巨大なポリマーソームの低収量を生産します。シンプルなゲルアシスト再水和法は、最近、脂質GUVs 11の産生のために開発されました。ここでは、制御されたサイズ、変化するポリマー組成物を有する巨大なポリマーソームを作成するために、ゲル支援再水和法の適応を説明し、様々なバッファー組成物です。
簡潔には、重量/体積標準のDNAゲル電気泳動アガロースフィルム1%のガラスカバースリップ上で脱水されています。クロロホルム中で調製したポリマー溶液を脱水アガロース膜を横切って拡散し、蒸発させました。完全に溶媒を除去した後、ポリマーフィルムは、適度な加熱(40〜70゜C)で選択した緩衝液中で再水和され、巨大な(> 4μm)の大きさのポリマーソームは、30分以内に形成されています。この方法は、急速に標準的な実験機器やreagenを使用して、十分に形成されたポリマーソームを完全に無傷の数百を生成します最小限のコストでTS。
ゲルアシスト再水和方法を示す図1の回路図。ジブロック共重合体からなる巨大なポリマーソームは、再水和の約30分後に形成されています。親水性ブロックはマゼンタで示され、疎水性ブロックは緑で示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ポリマーソームは、広く生体膜模倣として調査してきています。ポリマーの堅牢性と汎用性の特性は、膜機能化、長寿と調整された応答性を必要とする研究のためにそれらを広く魅力。巨大なサイズのポリマーソーム9,10(> 4ミクロン)を形成する従来の方法は、労働集約的であり、高価で特殊な装置を必要とします。ここで、我々は、最初に標準の安価な実験用試薬や機器を使用して、巨大なサイズのポリマーソームを形成するための、迅速な汎用性と堅牢な方法を提示します。
ゲル支援再水和を用いて、単層ポリマーソームを迅速に形成することができる(<30分)(細胞培養培地を含む)を再水和溶液の様々な異なるポリマーの様々な(データは示さず)。多重膜または非対称の小胞の形成は、この技術を用いて観察されませんでした。 B-ポリ( -この作業を通じて、我々は、ポリ(エチレンオキシド)を使用しブタジエン)(PEO-PBD、EO 22 -BD 37)中性のジブロック共重合体。 (帯電したジブロック共重合体を含む)多くの異なるポリマー組成物は、この方法(図示せず)を使用してうまく機能します。しかし、いくつかの市販のトリブロック共重合体と高分子量のジブロック共重合体(〜> 5,000ダルトン)の異なるポリマーソームを形成しません。この原稿での実験のすべてについて、標識された脂質の低濃度は、視覚化のみを目的としたポリマー溶液にドープしました。直接蛍光色素で官能化ポリマーを含む、視覚化するための他の方法を使用することもできます。蛍光顕微鏡は、より高い解像度を提供してもポリマーソームは、同様に、明視野顕微鏡で画像化することができます。
プロトコルへのほとんどのマイナーな修飾は、典型的には、結果を変更しません。例えば、カバーガラス上に広げ、ポリマー溶液の濃度の小さな差異は、ポリマーFの形成を変化させませんILMが形成されました。完全な濃度範囲が決定されなかったが、ポリマーソームの形成が正常にポリマーフィルム濃度( 例えば 、1から10 mg / mlで)の大規模な範囲で発生します。しかし、負のポリマーソーム形成に影響を与えるか、いくつかのプロトコルの変更があります。最も注目すべきは、(代わりに、正方形の)丸いガラスカバースリップは、ポリマーソームの非常に貧しい形成をもたらすことがあります。私たちは、実際にポリマーソームの形成を妨げるガラス上にアガロースの非常に均一な被膜にこれを属性。
この技術の最も注目すべき課題の一つは、高い収率で、表面からポリマーソームを回復する能力です。元の表面からポリマーソームを削除すると有利であることが可能な特定の場合があります。脱水ポリマーフィルムからの高いバックグラウンド蛍光を、個々のポリマーソームを除去し、カバースリップをきれいにするためにそれらを付着すると、結像品質と特性評価を増加します(パルティ)FRAP分析中にcularly。 (回収された小胞の数が当初形成されたものよりも著しく低いが)これを行うには、最後がカットされたピペットチップで穏やかにピペッティングは、表面からポリマーソームを脱着します。ポリマーソームは、次にポリマーソームは、新しいカバーガラスと相互作用できるように、修正されたカバースリップの表面上に配置することができます。一般的に、中性のPEO-PBDのポリマーソームのために、15分間オゾン処理をカバースリップポリマーソームは、イメージングのために表面に落下することができます。異なる表面改質は、異なるポリマーソームの組成物( 例えば、正または負にポリマーを荷電している)のために必要とされます。
このプロトコルで使用される大部分の材料は、うまく保存され、数日から数週間のために使用されます。固化したアガロースは、再沸騰アガロースも煮沸した後、凝集体を有する始める、または固化したアガロースを乾燥が開始されるまで再利用することができます。乾燥したアガロースフィルムとカバーガラスを保存し、使用することができます無期限( 例 えば 、数ヶ月)は、D。クロロホルムに溶解したポリマーは、数ヶ月間-20℃で保存することができます。ポリマーフィルムは、アガロース膜上で乾燥された後、しかし、フィルムは二週間(長期貯蔵を直接決定されなかった内ハウス真空下で保存し、使用する必要はなく、ポリマーフィルムより古い二つから形成されたポリマーソームにおける顕著な違いがあります週間)。
ここで提示ゲルアシスト再水和のプロトコルを使用して、均一状のポリマーソームの数百を標準装備し、安価な実験用試薬を使用して、労働者のわずか数時間で急速に形成されています。さらに、ポリマーソームは、生理学的緩衝液の様々な、異なるポリマー組成物( 図示せず)から形成することができる。この方法にマイナーな変更を負と科学者にゲルアシスト再水和に汎用性とアクセス可能な技術をレンダリング、ポリマーソームの形成を変化させませんテクニカル電子を変えますxpertise。
簡単に、細胞の大きさの規模で巨大なポリマーソームを作成する機能は、人工細胞様システムを構築するために不可欠です。これらのポリマーソームを作るためにゲルアシスト再水和の使用と汎用性の容易さは、強固な細胞膜模倣を作成するためのバイオミメティック分野での巨大な進歩を提供しています。例えば、この技術を用いて、異なる細胞内成分、細胞膜タンパク質および膜輸送タンパク質の組み込みを有するポリマーの官能化のカプセル化のための戦略は、ほんの数に名前を付けるために、ポリマーソームベースの人工的な細胞を構築するように設計することができます。
The authors have nothing to disclose.
We would like to gratefully acknowledge Dr. Ian M. Henderson, Andrew Gomez and Dr. Walter F. Paxton for their technical expertise, advice and help in this work. This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering (BES-MSE). ACG, DYS and GDB were supported by BES-MSE. This work was performed, in part, at the Center for Integrated Nanotechnologies, an Office of Science User Facility operated for the U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science (user project number RA2015A0004, PI: ACG).
125 mL Erlenmeyer flask | VWR | 89000-360 | |
18 guage needle | VWR | BD-305196 | |
25 mm square coverslips | VWR | 48366-089 | |
Agarose | Sigma | A9539 | A standard agarose for DNA gel electrophoresis |
Chloroform | Sigma | 288306-2L | |
Commerical coverwell | Electron Microscopy Sciences | 70336 | Press-to-Seal Silicone Isolators |
Fiji Image Analysis Software | ImageJ | Free Download: http://fiji.sc/Fiji | |
Glass vial with Teflon Lid | VWR | 66009-556 | 1.9mL capacity, case of 144 |
Liss-rhodamine B PE Lipid | Avanti Polar Lipids | 810150C | 1 mg of lipid at 1 mg/ml concentration in chloroform |
Parafilm | VWR | 52858-000 | 10.2 cm x 38.1 m |
poly(ethylene oxide)-b-poly(butadiene) or PEO-PBD (with a molecular weight of 2,940) | Polymer Source | P2904-BdEO | http://polymersource.com/dataSheet/P2904-BdEO.pdf |
Pastic Petri Dish | VWR | 25384-092 | |
Teflon tape | VWR | 300001-057 | 1/2" width |