عند دراسة المبادئ الفيزيائية التي تحكم الأنظمة الحية، ونهج من أسفل إلى أعلى تسمح للالتجريبي للسيطرة على تكوين النظام وغيرها من المعالم التي لم يتم التلاعب بها بسهولة في النظم القائمة على خلية 1. للعمليات التي تعتمد على الأغشية، العملاق Unilamellar الحويصلات (GUVs، قطر ~ 1-100 ميكرون) وقد ثبت أن نظام بيوميمتيك مفيدة جدا 2-7 كما هي مناسبة تماما للدراسات الفحص المجهري والمجهرية 8-10. في حين أن هناك العديد من البروتوكولات المختلفة لإنتاج GUVs، ومعظم تقع في فئتين - مستحلب أساس النهج 11،12 والتقنيات التي تعتمد على إعادة إماهة فيلم الدهون 13-16. في الأساليب المستندة إلى مستحلب، يتم تجميع النشرات الداخلية والخارجية من الأغشية GUV بالتتابع من الطبقات الوحيدة الدهون في واجهات المياه / النفط. هذا النهج هو المثالي لتغليف البروتينات القابلة للذوبان معفي GUVs، وتشكيل GUVs مع غير المتماثلة تكوين النشرة الدهون. ومع ذلك، يمكن GUVs تشكلت من المستحلبات تحتفظ آثار مذيب أن تغيير خصائص الغشاء والميكانيكية 17، والنهج ليس وخاصة مناسبة تماما لالعابرة للغشاء البروتين إعادة.
طرق معالجة الجفاف الفيلم تعتمد على حقيقة أن تجفيف (الجفاف) يسبب العديد من خليط الدهن لتشكيل كومة متعددة رقائقي من الأغشية. إذا ثم يتم وضع هذا المكدس في اتصال مع وجود مخزن مؤقت مائي، والأغشية في المكدس تتحرك التدفقات بصرف النظر المذيبات فيما بينها وعلى سطح المكدس، يمكن الأغشية الفردية فصل لتشكيل GUVs 13،18 (وكذلك حديقة حيوانات حقيقية ل الأجسام شحمي أخرى). ومع ذلك، حتى بالنسبة المثلى العازلة والدهون التراكيب، وهذا "تورم عفوية" الكلاسيكية الأسلوب لديه العائد المنخفض نسبيا من GUVs خالية من العيوب. واحد الطريقة المستخدمة على نطاق واسع لزيادة العائد من GUVs خالية من العيوب هو "electroformation221 ؛، التي يتم تطبيق (AC) الحقل التيار المتردد خلال فيلم الإماهة. في حين لا تزال الآلية غير مفهومة، "electroformation" يمكن أن تعطي عوائد GUV مذهلة (> 90٪ في الظروف مواتية) لمخازن تركيز الملح منخفضة (<5 ملم) 14،19، ويمكن أن تعمل حتى في مخازن الفسيولوجية (~ 100 ملم) باستخدام تردد أعلى (500 هرتز مقابل 10 هرتز) AC المجال وأقطاب البلاتين 15. نهج بديل لزيادة العائد من GUVs خالية من العيوب هو "بمساعدة هلام تورم"، الذي وتودع الحل الدهون على هلام الركيزة البوليمرية بدلا من السلبي (على سبيل المثال، والزجاج، PTFE) ركائز المستخدمة في الكلاسيكية "تورم العفوي ". عندما يتم ممهى الناتجة الفيلم الدهون / هلام، يمكن GUVs تشكل بسرعة حتى لمخازن الفسيولوجية 16،20.
ويمكن لجميع هذه الأساليب تنتج GUVs-الدهون الوحيد الذي يمكن استخدامه لدراسة غشاء المرتبطة الظواهر مثلالتفاعل بين البروتينات القابلة للذوبان والأغشية. ومع ذلك، لإدراج البروتين العابر للغشاء في GUVs، هناك حاجة إلى تعديلات كبيرة لضمان أن البروتين لا يزال في حالة وظيفية في جميع أنحاء الإجراء إعادة. في حين حلول الدهون في المذيبات العضوية (على سبيل المثال، والكلوروفورم، الهكسان الحلقي) مثالية لإنتاج الأفلام الدهون والبروتينات عبر الغشاء وعادة ما تكون مستقرة فقط عندما يتم تضمين مسعور المجال الخاص بها عبر الغشاء في طبقة ثنائية الدهون، أو محاطة مذيلة المنظفات ( على سبيل المثال، خلال تنقية البروتين). وهكذا، فإن المواد بدءا من أجل إعادة هي عادة الأغشية الأم، البروتين النقي في حل المنظفات، أو الحويصلات التي تحتوي على البروتين unilamellar صغيرة (PROTEO-سيارات الدفع الرباعي) و / أو حويصلات متعددة رقائقي (PROTEO-MLVs) التي شكلتها إزالة المنظفات في وجود الدهون. معظم طرق لدمج هذه البروتينات الغشاء إلى GUVs تقع في ثلاث فئات.
مغرز مباشرةن: يتم خلط عبر غشاء البروتين معلقة في المنظفات مع، الدهون فقط، GUVs تذوب المنظفات أقل ما يقال شكلت مسبقا، والمنظفات ثم إزالة باستخدام biobeads 21. في حين بسيطة من الناحية المفاهيمية، يتطلب هذا الأسلوب مراقبة دقيقة من تركيز المنظفات، وتركيز عالية جدا المنظفات يمكن أن يحل GUVs في حين منخفضة جدا تركيز يمكن أن يسبب البروتين لتتكشف أو مجموع المباراتين.
يتم الجمع بين البروتين في PROTEO-سيارات الدفع الرباعي مع شكلت مسبقا، الدهون فقط GUVs ويتم تسهيل الاندماج مع الببتيدات fusogenic الخاصة 22 أو المنظفات 21: GUV / PROTEO-SUV فيوجن. وعادة ما مدى الانصهار ومحدودة يؤدي إلى GUVs مع انخفاض كثافة البروتين.
الجفاف / الإماهة: يتم تشكيل لفيلم الدهون التي تحتوي على البروتين بسبب الجفاف الجزئي لPROTEO-SUV (أو PROTEO-MLV) حل وGUVs يتم بعد ذلك نمت كما لفيلم الدهن النقي. التحدي الواضح هو حماية البروتين خلال dehydrati جزئيعلى الخطوة 23، ولكن الأسلوب وقد استخدم بنجاح لإعادة البروتينات العابرة للغشاء مثل رودوبسين جرثومي، الكالسيوم أتباز، إنتغرين وVDAC إلى GUVs 7،23 - 25.
توضح هذه المقالة بروتوكولات الجفاف / الإماهة لجعل GUVs تحتوي على قناة الجهد بوابات البوتاسيوم، KvAP، من فرط حرارة الأركيا، Aeropyrum pernix. KvAP لديه درجة عالية من التماثل إلى الجهد حقيقية النواة قنوات البوتاسيوم تعتمد 26 والتركيب البلوري المعروف 27 ، مما يجعلها نموذجا جيدا لدراسة آلية الجهد النابضة. وقد وصفت إنتاج PROTEO-سيارات الدفع الرباعي بالتفصيل سابقا وليس جزءا من هذا البرنامج التعليمي 26،28،29. الأهم من ذلك، KvAP PROTEO-سيارات الدفع الرباعي لا يجب أن يتم إنتاجها لكل إعداد GUV، لأنها يمكن خزنها في صغيرة (على سبيل المثال، 10 ميكرولتر) aliquots في -80 ° C لفترات طويلة من الزمن (> 1 سنة). Electroformationأو بمساعدة هلام تورم ويمكن بعد ذلك أن تستخدم لزراعة GUVs من KvAP PROTEO-سيارات الدفع الرباعي (أو PROTEO-MLVs).
ويوضح الخطوات الرئيسية لبروتوكول electroformation في الشكل 1. تترسب قطرات من محلول سيارات الدفع الرباعي التي تحتوي على البروتين على أسلاك البلاتين (كما هو موضح في الشكل 2). الجفاف الجزئي للتعليق SUV يؤدي إلى تشكيل لفيلم البروتين الدهني من خلال مزيج من سيارات الدفع الرباعي. أثناء الإماهة، يتم تطبيق حقل AC إلى الأقطاب لمساعدة طبقات الدهون لdelaminate وتشكيل GUVs. حقل 10 هرتز يعمل بشكل جيد عند استخدام "قليل الملح" (<5 مم) الإماهة عازلة 28 و GUVs يستغرق عدة ساعات لتنمو. في المقابل، مخازن الفسيولوجية (التي تحتوي على ~ 100 ملم الملح) تعمل بشكل جيد مع الجهد أقل، 500 هرتز AC المجال ولكن تحتاج إلى فترات طويلة (~ 12 ساعة) مدة 15 التورم. ويستند هذا الأسلوب على بروتوكول سابق باستخدام الشرائح ITO 24، ولكن يستخدم تابع غرفة مخصصةaining اثنين من الأسلاك البلاتين كما هو مبين في الشكل 2 (انظر مناقشة للحصول على تفاصيل تصميم واقتراحات لبساطة وبدائية غرف).
ويوضح الشكل (3) طريقة تورم بمساعدة هلام. بروتوكول يعمل بشكل جيد مع مخازن مع تركيز الملح الفسيولوجية، سريع، وينتج GUVs مع توزيع البروتين أكثر تجانسا. ومع ذلك، فإن العائد من معزولة، GUVs المجانية عيب، على ما يبدو (أي الغشاء GUV موحد في موازين طول البصرية ولا أرفق أي كائنات) هو أقل من ذلك، على الرغم من أنها توفر عدد كاف لالتصحيح، المشبك والتجارب الصغيرة التلاعب . واستند هذا الأسلوب على البروتوكول باستخدام هلام الاغاروز لإنتاج الدهون الوحيد GUVs 16 ويتطلب معدات متخصصة أقل من الطريقة electroformation.
يوصف توصيف GUVs مع مضان المجهري، وكذلك الإجراءات باستخدام معيار التصحيح، المشبك مجموعة المتابعة لقياس النشاط KvAP في "الداخل إلى الخارج" رفعه بقع الغشاء.
يمكن المتزايدة GUVs التي تحتوي على البروتين أن يكون أكثر صعوبة من GUVs-الدهون الوحيد. على وجه الخصوص، يمكن أن العائد GUV النهائي يعتمد على بحساسية بالضبط كيف وتودع الحل SUV والمجففة لتشكيل كومة الغشاء. لشخص دون أي خبرة سابقة مع GUVs، قد يكون من المفيد أن ينمو أولا GUVs-الدهون الوحيد التالية بروتوكول التقليدي 15،16 في الذي يتكون الفيلم الغشاء عن طريق إيداع الدهون من المذيبات العضوية. وبمجرد أن البروتوكول التقليدي يعمل بشكل جيد، SUV ترسب والجفاف الجزئي ويمكن بعد ذلك أن يتقن استخدام سيارات الدفع الرباعي-الدهون فقط، التي هي أيضا مفيدة جدا عند ضبط بروتوكول لتكوين الدهون الجديد. عندما تنمو GUVs موثوق من سيارات الدفع الرباعي-الدهون فقط، وعندها فقط خطوة صغيرة لإنتاج GUVs التي تحتوي على البروتين من PROTEO-سيارات الدفع الرباعي.