هنا ، نصف إنتاج وتوصيف العوامل النشطة بيولوجيا التي تحتوي على أقراص نانوية. تؤخذ أقراص الأمفوتريسين B النانوية كمثال لوصف البروتوكول بطريقة تدريجية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
هنا ، نصف إنتاج وتوصيف العوامل النشطة بيولوجيا التي تحتوي على أقراص نانوية. تؤخذ أقراص الأمفوتريسين B النانوية كمثال لوصف البروتوكول بطريقة تدريجية.
يشير مصطلح القرص النانوي إلى نوع منفصل من الجسيمات النانوية يتكون من طبقة ثنائية تشكل الدهون ، وبروتين سقالة ، وعامل نشط بيولوجيا متكامل. يتم تنظيم الأقراص النانوية كطبقة ثنائية دهنية على شكل قرص يحيط محيطها ببروتين السقالة ، وعادة ما يكون عضوا في عائلة البروتين الشحمي القابل للتبادل. تم إذابة العديد من العوامل النشطة بيولوجيا الكارهة للماء بكفاءة في الأقراص النانوية من خلال دمجها في الوسط الكارهة للماء للطبقة المزدوجة الدهنية للجسيمات ، مما ينتج عنه مجموعة متجانسة إلى حد كبير من الجسيمات في نطاق 10-20 نانومتر في القطر. تتطلب صياغة الأقراص النانوية نسبة دقيقة من المكونات الفردية ، وإضافة متسلسلة مناسبة لكل مكون ، تليها صوتنة الحمام لخليط الصياغة. يتصل بروتين السقالة البرمائية تلقائيا ويعيد تنظيم الطبقة المزدوجة المشتتة التي تشكل خليط من الدهون / العامل النشط بيولوجيا لتشكيل مجموعة منفصلة ومتجانسة من جزيئات الأقراص النانوية. خلال هذه العملية ، ينتقل خليط التفاعل من مظهر عكر معتم إلى عينة موضحة ، عند تحسينها بالكامل ، لا تنتج أي ترسب عند الطرد المركزي. تتضمن دراسات التوصيف تحديد كفاءة ذوبان العوامل النشطة بيولوجيا ، والمجهر الإلكتروني ، وكروماتوغرافيا الترشيح الهلامي ، والتحليل الطيفي للامتصاص المرئي فوق البنفسجي (UV / Vis) ، و / أو التحليل الطيفي الفلوري. يتبع ذلك عادة تحقيق النشاط البيولوجي باستخدام الخلايا المستزرعة أو الفئران. في حالة الأقراص النانوية التي تحتوي على مضاد حيوي (أي مضاد حيوي ماكرولايد بوليين أمفوتريسين ب) ، يمكن قياس قدرتها على تثبيط نمو الخميرة أو الفطريات كدالة للتركيز أو الوقت. إن السهولة النسبية للصياغة ، والتنوع فيما يتعلق بالأجزاء المكونة ، وحجم الجسيمات النانوية ، والاستقرار المتأصل ، والذوبان المائي تسمح بعدد لا يحصى من التطبيقات في المختبر وفي الجسم الحي لتكنولوجيا الأقراص النانوية. في هذه المقالة ، نصف منهجية عامة لصياغة وتوصيف الأقراص النانوية التي تحتوي على الأمفوتريسين B كعامل نشط بيولوجيا كاره للماء.
البروتينات الدهنية عالية الكثافة القرصية الوليدة (HDLs) هي أسلاف تحدث بشكل طبيعي ل HDL الكروي الأكثر وفرة الموجود في الدورة الدموية البشرية. هذه الجسيمات الوليدة ، التي يشار إليها أيضا باسم HDL pre-ß ، تمتلك خصائص هيكلية فريدة ومميزة1. في الواقع ، بدلا من الوجود كجسيم كروي ، فإن HDLs الوليدة على شكل قرص. كشفت دراسات التوصيف الهيكلي المكثفة على HDLs القرصية الطبيعية والمعاد تشكيلها أنها تتكون من طبقة ثنائية فوسفوليبيد محيطها محاط ببروتين شحمي برمائي قابل للتبادل (apo) ، مثل apoA-I. في استقلاب البروتين الدهني البشري ، تتراكم HDLs الوليدة المنتشرة الدهون من الخلايا المحيطية وتنضج إلى HDLs كروية في عملية تعتمد على وسطاء البروتين الرئيسيين ، بما في ذلك ناقل الكاسيت المرتبط ATP A1 والليسيثين: الكوليسترول acyltransferse2. تمثل هذه العملية مكونا مهما في مسار نقل الكوليسترول العكسي الذي يعتبر وقائيا ضد أمراض القلب. مسلحين بهذه المعرفة والقدرة على إعادة تكوين HDLs القرصية ، استخدم الباحثون هذه الجسيمات كتدخل علاجي لعلاج تصلب الشرايين3. في جوهرها ، فإن ضخ HDL المعاد تشكيله (rHDL) في المرضى يعزز تدفق الكوليسترول من رواسب البلاك ويعيده إلى الكبد لتحويله إلى الأحماض الصفراوية وإفرازه من الجسم. تتبع العديد من شركات التكنولوجيا الحيوية / الأدوية استراتيجية العلاجهذه 4.
في الوقت نفسه ، أثارت القدرة على توليد هذه الجسيمات في المختبر موجة من الأنشطة البحثية التي أدت إلى تطبيقات جديدة وتقنيات جديدة. يتضمن أحد التطبيقات البارزة استخدام جزيئات rHDL كغشاء مصغر لإيواء البروتينات عبر الغشاء في بيئة شبيهة بالسكانالأصليين 5. حتى الآن ، تم دمج مئات البروتينات بنجاح في rHDL القرصي ، وأظهرت الأبحاث أن هذه البروتينات تحتفظ بكل من التشكل الأصلي والنشاط البيولوجي كمستقبلات وإنزيمات وناقلات ، إلخ. كما ثبت أن هذه الجسيمات ، التي يشار إليها باسم "الأقراص النانوية" ، قابلة للتوصيف الهيكلي ، غالبا بدقةعالية 6. من المسلم به أن هذا النهج في التحقيقات في البروتينات عبر الغشاء متفوق على الدراسات التي أجريت على مذيلات المنظفات أو الجسيمات الشحمية ، ونتيجة لذلك ، يتقدم بسرعة. من المهم أن ندرك أنه تم الإبلاغ عن طريقتين متميزتين قادرتين على تشكيل rHDL. طريقة "غسيل الكلى cholate"13 شائعة للتطبيقات المتعلقة بدمج البروتينات عبر الغشاء في طبقة rHDLثنائية الطبقة 5. بشكل أساسي ، تتضمن طريقة الصياغة هذه خلط طبقة ثنائية تشكل الفوسفوليبيد ، وبروتين سقالة ، وبروتين عبر الغشاء مهم في مخزن مؤقت يحتوي على كولات الصوديوم المنظف (أو ديوكسي كولات الصوديوم ؛ الوزن الجزيئي للمذيلة [MW] من 4200 Da). يعمل المنظف على إذابة مكونات التفاعل المختلفة بشكل فعال ، مما يسمح بغسيل العينة ضد المخزن المؤقت الذي يفتقر إلى المنظفات. أثناء خطوة غسيل الكلى ، عند إزالة المنظف من العينة ، يتشكل rHDL تلقائيا. عندما يتم استخدام هذا النهج لمحاصرة بروتين عبر الغشاء محل الاهتمام ، فقد تم تسمية جزيئات المنتج بالأقراص النانوية5. ومع ذلك ، فإن محاولات استخدام هذه الطريقة لدمج العوامل النشطة بيولوجيا الكارهة للماء ذات الجزيئات الصغيرة (MW <1000 Da) ، لم تنجح إلى حد كبير. على عكس البروتينات عبر الغشاء ، فإن العوامل النشطة بيولوجيا للجزيئات الصغيرة قادرة على الهروب من كيس غسيل الكلى مع المنظف ، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة دمجها في rHDLs. تم حل هذه المشكلة عن طريق حذف المنظفات من خليط التركيبة14. بدلا من ذلك ، تتم إضافة المكونات إلى مخزن مائي بالتتابع ، بدءا من الطبقة الثنائية المكونة للدهون ، مما يشكل عاملا نشطا بيولوجيا مستقرا يحتوي على rHDL ، يشار إليه باسم القرص النانوي. استخدم آخرون rHDL لدمج ونقل عوامل التصوير في الجسم الحي 7. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام rHDL المتخصصة المكونة من سقالة البروتين الشحمي والدهون الغليسيروفوسفوليبيد الأنيونية ، الكارديوليبين ، في دراسات ربط اليجند. توفر هذه الجسيمات منصة لدراسات تفاعل الكارديوليبين مع مختلف الروابط القابلة للذوبان في الماء ، بما في ذلك الكالسيوم والسيتوكروم ج والعامل المضاد للسرطان دوكسوروبيسين8.
ينصب تركيز هذه الدراسة على صياغة rHDL التي تمتلك عاملا نشطا بيولوجيا مسعورا مدمجا بشكل مستقر (أي قرص نانوي). إن قدرة هذه العوامل على الاندماج في الوسط الدهني لجزيئات rHDL القرصية تمنحها بشكل فعال قابلية الذوبان المائي. على هذا النحو ، فإن الأقراص النانوية لديها القدرة على التطبيقات العلاجية في الجسم الحي . عند صياغة الأقراص النانوية ، يلزم وجود ظروف حضانة / تفاعل محددة لدمج العوامل النشطة بيولوجيا المنفصلة الكارهة للماء بنجاح في جسيم المنتج ، والهدف من هذا التقرير هو توفير معلومات عملية مفصلة يمكن استخدامها كقالب أساسي لإنشاء جزيئات نانوية جديدة لتطبيقات محددة. وبالتالي ، في سياق هذه المخطوطة ، فإن المصطلحين nanodisc و nanodisk غير قابلين للتبادل. في حين يشير القرص النانوي إلى rHDL المركب ليحتوي على بروتين عبر الغشاء مضمن في طبقة الدهونالمزدوجة 5 ، يشير مصطلح nanodisk إلى rHDL المصمم لدمج عوامل نشطة بيولوجيا منخفضة الوزن الجزيئي (< 1000 Da) ، مثل الأمفوتريسين B14.
تتوفر مجموعة متنوعة من الطرق للحصول على بروتينات سقالة مناسبة. من الممكن شراء بروتينات سقالة من الشركات المصنعة [مثل apoA-I (SRP4693) أو apoE4 (A3234)] ، ومع ذلك ، قد تكون التكلفة عاملا مقيدا. النهج المفضل هو التعبير عن بروتينات السقالة المؤتلفة في الإشريكية القولونية. يتم نشر البروتوكولات للإنسان apoA-I9 ، apoE410 ، وكذلك بروتين الهيموليمف الحشري apolipophorin-III11. لغرض التجارب الموصوفة هنا ، تم استخدام مجال apoE4 N-terminal (NT) البشري المؤتلف (الأحماض الأمينية 1-183). تم تصنيع تسلسل النوكليوتيدات الذي يشفر apoE4-NT البشري وإدخاله في متجه تعبير pET-22b (+) مجاور مباشرة لتسلسل قائد pelB المشفر بالمتجهات. يؤدي هذا البناء إلى التعبير عن بروتين اندماج تسلسل pelB - apoE4-NT. بعد تخليق البروتين ، يوجه تسلسل قائد pelB البكتيري البروتين المركب حديثا إلى الفضاء المحيطي حيث يشق الببتيداز القائد تسلسل pelB. بروتين apoE4-NT الناتج ، بدون علامات تسلسل أو ذيول ، يهرب لاحقا من البكتيريا ويتراكم في وسط الاستزراع11,12 ، مما يبسط المعالجة النهائية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تحويل وتعبير وتنقية مكون بروتين السقالة
2. صياغة عامل نشط بيولوجيا يحتوي على أقراص نانوية
3. التحليل الطيفي لعينات ampB-nanodisk
4. تحليل مقايسة جدوى الخميرة
ملاحظة: تم إجراء فحوصات صلاحية الخميرة من أجل تقييم النشاط البيولوجي ل ampB وتحديد ما إذا كانت عملية الصياغة أو الدمج في الأقراص النانوية قد أثرت على نشاط تثبيط نمو الخميرة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
عملية صياغة القرص النانوي للعامل النشط بيولوجيا
في إجراء صياغة ampB-nanodisk الموصوف ، يعتبر التفاعل كاملا عندما ينتقل مظهر العينة من العكر إلى الصافي (الشكل 1). يشير هذا التغيير إلى أن الأقراص النانوية قد تشكلت وأن العامل النشط بيولوجيا قد تم إذابته. في كثير من الأحيان ، تمتص العوامل النشطة بيولوجيا الضوء في منطقة الطول الموجي المرئي (على سبيل المثال ، ampB ، الكركمين ، اللوتين ، الإنزيم المساعد Q10) ، وفي هذه الحالات ، تعتمد العينة لون العامل النشط بيولوجيا. ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
توفر صياغة عامل نشط بيولوجيا يحتوي على أقراص نانوية طريقة ملائمة لإذابة المركبات الكارهة للماء غير القابلة للذوبان. نظرا لأن الأقراص النانوية للعامل النشط بيولوجيا للمنتج قابلة للذوبان بالكامل في الوسائط المائية ، فإنها توفر طريقة توصيل مفيدة لمجموعة واسعة من الجزيئات الكارهة للماء (الجدول 1). وتشمل هذه الجزيئات الصغيرة ، والأدوية الطبيعية والاصطناعية ، والمغذيات النباتية ، والهرمونات ، إلخ. عادة ما تتبع استراتيجية الصياغة بروتوكولا قياسيا يجب أن يأخذ في الاعتبار خصائص الذوبان للعامل النشط بيولوجيا في ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذا العمل بمنحة من المعاهد الوطنية للصحة (R37 HL-64159).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| أمفوتريسين ب | شركة كايمان للكيماويات | 11636 | ND التركيبة & التحضير القياسي |
| أمبيسلين | فيشر BP17925 العلمية | للتحول & التوسع | |
| ApoE4-NT Plasmid | GenScript | N / A | التحول |
| محير قارورة | نيو برونزويك العلمية | N / A | التوسع & التعبير |
| BL21 المختص E coli | نيو إنجلاند Biolabs | C2527I | زجاجات |
| الطرد المركزي | Nalgene | 3140-0250 | التعبير |
| عن الكلوروفورم | فيشر Scientific | G607-4 | ND الصيغة |
| DMSO | Sigma Aldrich | 472301 | قياسي Prepartation |
| Dymyristoylphosphatidylcholine | Avanti Lipids | 850345P | ND الصيغة |
| قارورة Erlenmeyer | Bellco Biotechnology | N / A | التوسع & أنابيب الصقر للتعبير |
| Sarstedt Ag & Co | D51588 | فحص الجدوى الخميرة | |
| البورسليكات الزجاجية | VWR | 47729-570 | ND Formulation |
| GraphPad (البرنامج) | Dotmatics | N / A | فحص الجدوى الخميرة |
| حمام صوتنة | ساخن VWR | N / A | ND Formulaton |
| التدفئة ووحدة النيتروجين | الحرارية العلمية | TS-18822 | ND تركيبة |
| HiTrap Heparin HP (5 mL) | GE Healthcare | 17-0407-03 | تنقية |
| الأيزوبروبيل β-D-1-thiogalactopyranoside | فيشر العلمي | BP1755 | التعبير |
| J-25 جهاز الطرد المركزي | بيكمان كولتر | J325-IM-2 | التعبير |
| JA-14 الدوار | بيكمان كولتر | 339247 التعبير | |
| Lyophilizer | Labconco | 7755030 | ND الصيغة |
| الميثانول | فيشر Scientific | A452-4 | ND صياغة |
| غاز النيتروجين | Praxair | UN1066 | ND Formula |
| NZCYM media | RPI Research Products | N7200-1000.0 | التوسع & التعبير |
| Pet-22B ناقلات | GenScript | N / A | التحول |
| طبق بتري | فيشر FB0875718 العلمي | التحول & توسيع | |
| كوفيتز الكوارتز | فيشر العلامة التجارية | 14385 928A | التحليل الطيفي |
| حاضنة اهتزاز | نيو برونزويك العلمي | M1344-0004 | التحول والتوسع و Expression |
| Slide-A-Lyzer Buoys | Thermo Scientific | 66430 | تنقية |
| SnakeSkin أنابيب غسيل الكلى | Thermo Scientific | 68100 | تنقية |
| SnakeSkin غسيل الكلى | Thermo Scientific | 88243 | تنقية |
| كلوريد الصوديوم | فيشر Scientific | S271 | تنقية |
| فوسفات الصوديوم ثنائي القاعدة | فيشر Scientific | S374-500 | تنقية |
| فوسفات الصوديوم أحادي القاعدة | فيشر Scientific | BP329-500 | تنقية |
| / POR مرجحة | إغلاق الطيف الصناعات الطبية | 132736 | تنقية |
| مقياس الطيف | Shimadzu UV-1800 | 220-92961-01 | التحليل الطيفي |
| الطرد المركزي المنضدية | بيكمان كولتر | 366816 | ND Formula |
| UVProbe 2.61 (البرنامج) | Shimadzu | N / A | التحليل الطيفي |
| مرشح فراغ | Millipore | 9004-70-0 | التعبير & مضخة تفريغ تنقية |
| GAST Manufacturing Inc | DOA-P704-AA | التعبير & تنقية | |
| دوامة | فيشر العلمية | 12-812 | ND التركيبة |
| الخميرة | N / A | BY4741 | الخميرة |
| مستخلص الخميرة - البيبتون - سكر العنب | BD | 242820 | صلاحية الخميرة |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.