Fabricage van ondersteunde lipide dubbellagen op hydrofiele substraten.
De VF en SALB vorming methoden geprobeerd op siliciumdioxide en goud en de vorming processen in real-time de QCM-D meettechniek. De QCM-D instrument meet veranderingen in de resonantiefrequentie (Δ f) van een oscillerende piëzo-elektrisch kwartskristal bij massa adsorptie aan het oppervlak van het kristal. Bovendien, de QCM-D instrument meet de dissipatie van de trillingsenergie om de visco-elastische eigenschappen (stijfheid en zachtheid) van de adlayer karakteriseren. Vesikel fusie-experimenten werden uitgevoerd zoals eerder beschreven 31. In het kort werd een basislijn eerst voor de frequentie en dissipatie signalen in waterige bufferoplossing [10 mM Tris, 150 mM NaCl, pH 7,5; (Figuur 2A en B)]. Vervolgens, kleine unilamellaire DOPC lipide vesicles in dezelfde buffer was injected bij t = 10 min (pijl 1) op siliciumdioxide (figuur 2A) en goud (figuur 2B). Voor blaasje fusie op siliciumdioxide, werden in twee stappen adsorptiekinetiek waargenomen met de definitieve veranderingen in de frequentie en energie dissipatie van -26 (± 1) Hz en 0,3 (± 0,2) x 10-6, respectievelijk. Deze waarden komen overeen met de vorming van een ondersteunde lipide dubbellaag 29.
Zoals getoond in figuur 2B, de toevoeging van de vesicle oplossing van het goud oppervlak tot een gelijktijdige afname en toename Δ f en Δ D signalen, respectievelijk, tot hun waarden bereikt -150 (± 10) Hz (7,5 ± 2) × 10 - 6 resp. Deze waarden komen overeen met de vorming van een geadsorbeerde laag vesicle. Dus, zoals verwacht, een SLB was niet gevormd op goud via het blaasje fusiemethode.
QCMD analysis for dubbellaagsformatie op siliciumdioxide en goud door de SALB werkwijze wordt getoond in Figuur 2C en D. Op siliciumdioxide, laatste Δ f en Δ D verschuivingen -25,6 (± 0,55) Hz en 0,4 (± 0,27) x 10 - 6 respectievelijk werden bereikt en deze waarden duiden vorming van een SLB. Gelijkaardige reeksen van Δ f en Δ D (Δ f Au: -27,3 ± 2,7 Hz, Δ D Au: 0,48 (± 0,26) × 10-6) werden waargenomen op goud. Deze resultaten ondersteunen dat de SALB methode maakt vorming van ondersteunde lipide dubbellagen op oppervlakken waarop vesicles scheuren te voorkomen.
Effect van oplosmiddel-uitwisseling debiet op de kwaliteit van de ondersteunde lipidendubbellagen.
Om de optimale omstandigheden vast te stellen voor de productie van hoge kwaliteit ondersteund lipidendubbellagen vieen SALB de werkwijze, de invloed van lipide concentratie, oplosmiddel-koers en de keuze van organische oplosmiddelen onderzocht.
Figuur 3 toont de verandering in QCM-D frequentie tijdens de laatste stap van de SALB protocol, zoals uitgevoerd op siliciumdioxide op twee verschillende debieten (100 en 600 ul / min) en twee verschillende lipide concentraties (0,125 en 0,5 mg / ml) .
Wanneer 0,5 mg / ml DOPC lipide werd gebruikt (figuur 3A), werd dubbellaagsformatie niet beïnvloed door de stroomsnelheid en een definitieve Af verschuiving van ongeveer -26 Hz werd verkregen op beide debieten.
Wanneer daarentegen een lagere lipide concentratie werd gebruikt, de hoeveelheid geadsorbeerde lipiden na volledige oplosmiddeluitwisseling werd significant beïnvloed door de stroomsnelheid (Figuur 3B). Bij een gemiddelde stroomsnelheid van 100 pl / min, dubbellaagsformatie was voltooid (ongeveer Af -26 Hz). Echter, bij een 6-voudige hogere debiet (600 ul / min), werd een volledige bilaag niet gevormd (ongeveer Af -17 Hz). Deze resultaten verschaffen een richtlijn voor het kiezen van de juiste experimentele condities voor een succesvolle dubbellaagsformatie met de SALB methode isopropanol als organisch oplosmiddel gekozen.
Karakterisering van ondersteunde lipide bilagen gevormd uit verschillende lipide concentraties in verschillende alcoholoplossingen.
Lipidenconcentratie is een parameter die de kwaliteit van SLBs verkregen met de werkwijze SALB beïnvloedt. Fluorescentie microscopie onthulde dat op 0,05 mg / ml lipide concentratie, alleen geïsoleerde, submicroscopische lipidestructuren gevormd (Figuur 4A). Met toenemende concentratie aan lipiden die in de SALB procedure, de fluorescentie-intensiteit van de lipidestructuren werd homogeen. Bij 0,1 mg / ml lipide concentratie waren microscopische lipide pleisters hoewel de structuren niet uitstrekken over de gehele field gezien (Figuur 4B). Wanneer echter 0,25 mg / ml lipide concentratie werd gebruikt, een homogene lipide bilaag werd gevormd (Figuur 4C). Daarom is er een minimale concentratie aan lipiden vereist om een volledige, full-spanning SLB vormen.
De invloed van de lipideconcentratie op het eindresultaat van de SALB experimenten werd eveneens onderzocht over een groter concentratiegebied lipiden (0,01-5 mg / ml) en in verschillende organische oplosmiddelen (isopropanol, ethanol en n-propanol). De Δ Δ f en D die overeenkomen met de laatste stap in het SALB procedure zijn weergegeven in figuur 5.
We gedefinieerd dubbellaagsformatie uit de finale veranderingen in frequentie en energiedissipatie tussen -25 en -30 Hz en minder dan 0,5 x 10 -6 resp. Op basis van deze criteria, de optimale lipide concentratiebereik vorming van een ondersteunde lipide dubbellaag werd bepaald op tussen 0,1 en 0,5 mg/ ml grotendeels onafhankelijk van het type organisch oplosmiddel. De afwijkingen in de verworven Δ f en Δ D verschuift buiten het bovengenoemde bereik te wijten aan de aanwezigheid van additionele massa (bijv bilaag stacks), de aanwezigheid van niet-bilaag morfologieën (bijvoorbeeld blaasjes, wormachtige micellen) en de aanwezigheid van gefragmenteerde bilayer eilanden met onvolledige morfologie over het substraat.
Terwijl de SALB procedure verkregen ondersteunde lipide bilagen relatief robuust kan de optimale lipide concentratie hoogwaardige dubbellaagsformatie tuning nodig afhankelijk van de specifieke experimentele configuratie. In principe is er niet alleen een minimale lipide concentratie, maar ook een maximale concentratie aan lipiden vereist voor optimale vorming dubbellaag via SALB methode. De optimale concentratie is afhankelijk van de stroom en kunnen ook beïnvloed worden door het substraat en lipiden. Empirisch in veel gevallen hebben we found dat een lipide concentratie van 0,5 mg / ml en een stroomsnelheid van 100 pl / min is de optimale reeks voorwaarden voor de vorming van een homogene ondersteunde lipide dubbellaag. Afhankelijk van de lipide samenstelling en stroom cel geometrie laatstgenoemde is waarvan het stromingsprofiel in oplosmiddeluitwisseling-verdere optimalisatie van het lipide concentratie nodig zijn. Dus, adviseren wij het uitvoeren van proefprojecten SALB experimenten met behulp van een 0,5 mg / ml lipide concentratie en beoordeelt de bilaag kwaliteit met behulp van de QCM-D of fluorescentie microscopie technieken. Als de dubbellagen onvolledige verschijnen, dan is de lipide concentratie dient te worden verhoogd in stappen van 10% tot bevredigende resultaten worden bereikt. Als de bilaag blijkt te bestaan naast extra lipidestructuren dan de lipideconcentratie moet worden verlaagd in stappen van 10% tot bevredigende resultaten worden bereikt.
Fabricage van ondersteunde lipide bilagen met verschillende lipidesamenstellingen en different cholesterol fracties.
Vervolgens werden de SALB en VF methoden toegepast om cholesterol verrijkte SLBs vormen. Figuur 6 toont representatieve fluorescentie beelden (100 x 100 urn) van cholesterolbevattende ondersteund membranen bereid door de werkwijze SALB. De membranen bestaan uit cirkelvormige kleurstof uitgesloten domeinen omgeven door een continue fase die een uniforme fluorescerende helderheid. De donkere gebieden verhoogd met toenemende cholesterol fractie van de precursor lipidemengsel. Vervolgens werden FRAP metingen uitgevoerd om de vloeibaarheid van de lipide bilaag films te onderzoeken. De FRAP metingen bleek bijna volledig fluorescentieherstel in de omringende fase, waarin de laterale beweeglijkheid van lipiden en daarmee de vorming van een enkele lipide bilaag. Aangezien Rh-PE wanden bij voorkeur in de vloeibare fase worden de donkere gebieden waarschijnlijk bestaande uit dichte cholesterol verrijkte structuren.
Ter vergelijking werd de fabricage van DOPC / Chol dubbellagen met de VF werkwijze ook geprobeerd. DOPC blaasjes met toenemende cholesterol fracties (10 - 40 mol%) werden bereid door het blaasje extrusiewerkwijze. Rh-PE lipiden (0,5 gew%) werd gebruikt als fluorescent label voor beeldvorming. Figuur 7 toont representatieve fluorescentie beelden (100 x 100 um) van structuren na incubatie van de glassubstraten met cholesterol-bevattende vesicles. FRAP analyse toonde de vorming van een vloeibare lipide dubbellaag vesicles die gebruikt bevatte 20 mol% Chol of minder. Echter, de monsters bereid door het gebruik van blaasjes met een hogere cholesterol fracties vertoonden geen herstel, met vermelding van de aanwezigheid van geadsorbeerd maar unruptured blaasjes.
De fractie van cholesterol die uiteindelijk werd opgenomen in de ondersteunde lipide dubbellagen werd gekwantificeerd als functie van de cholesterol fractie die was opgenomen in het precursor lipid mengsel in organisch oplosmiddel in SALB methode of in de vesicles in waterige oplossing in de VF werkwijze. Met behulp van de QCM-D techniek werd dubbellaagsformatie gevolgd en vervolgens MβCD werd om specifiek te extraheren Chol van de ondersteunde lipidebilagen 32 toegevoegd. Het massaverlies als gevolg van het verwijderen van cholesterol tot een daling van de absolute waarde van de frequentieverschuiving (| A f |) gekoppeld aan de SLB. De relatieve positieve frequentieverschuiving veroorzaakt door de MβCD behandelingsstap worden getoond in Figuur 8A. De molaire fractie van cholesterol werd berekend op basis van de frequentieverschuiving, zoals aangegeven in figuur 8B.
De cholesterol fractie verwerkt in ondersteunde lipide bilagen bereid volgens de werkwijze SALB bijna lineair proportioneel met de inhoud van cholesterol in het precursor lipidemengsel. Interessant is dat de cholesterol fractie bilagen bereid volgens de werkwijze VF (blaasjes met maximaal20 mol% Chol) was aanzienlijk lager dan die welke in het precursor vesicles. In feite, het grootste percentage cholesterol verkregen met de werkwijze VF slechts ongeveer 10 mol%.
Observatie streep bovenbouw β-tweefase coëxistentie regio cholesterol-fosfolipiden ondersteunde lipide dubbellagen.
SALB experimenten werden verder uitgevoerd met een lipide mengsel met een nog grotere fractie van cholesterol. Wanneer een 4: 6 mengsel van DOPC en cholesterol werd gebruikt, geleidelijk ontmenging van een gelijkmatige vloeibare fase in twee naast elkaar bestaande fasen gevisualiseerd als lichte streepvormige domeinen op een donkere (kleurstof exclusief) achtergrond werd waargenomen (Figuur 9). Er is vastgesteld dat Rh-PE wordt uitgesloten van cholesterol-rijke domeinen 33, en dus de overheersende donkere gebieden die verscheen als achtergrond worden met cholesterol verrijkte gebieden. De vorming van micronafmetingen lichte domeinen op een donkere achtergrond bij high cholesterol fractie (> 50 mol%) is consistent met de β gebied in de monolaag fasediagram van cholesterol / fosfolipiden mengsels 34,35. Bovendien is de vorming van stripe domeinen die vrijkomt door zwakke lijnspanning suggereert dat het mengsel bij een mengbaarheid kritisch punt.

Figuur 1. Microfluïdische kamer voor SALB formatie in een geschikte configuratie voor epifluorescentiemicroscopie. (A) Commerciële microfluïdische kamer, (B) Glas dekglaasje bevestigd op de klevende kant van de kamer, (C) Complete setup op een microscoop houder met slangen aangesloten op de inlaat en uitlaat poorten van de kamer, en (D) peristaltische pomp gebruikt om de snelheid van het oplosmiddel uitwisseling te regelen. Lipiden opgelost in isopropanol worden geïnjecteerd in de meting chamber met de hulp van de peristaltische pomp. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. QCM-D analyse van vesikel fusie en SALB experimenten op siliciumdioxide en goudsubstraten. QCM-D frequentie (Af, blauw) en dissipatie (AD, rood) responsen van de derde boventoon (n = 3) werden geregistreerd als functie van de tijd gedurende lipide-adsorptie aan (A en C) siliciumdioxide, (B en D) goud. Panelen a en b presenteren vesikel fusiemethode. DOPC lipide vesicles werden geïnjecteerd op t = 10 min (pijl 1). Panelen c en d overeen met de SALB vorming methode. Pijlen geven de injectie van buffer (1), isopropanol (2), lipidemengsel [0,5 mg / ml DOPC lipide in isopropanol; (3)] en buffer uitwisseling (4). De gestippelde curve in panel B correspondeert met een controle-experiment waarin lipide niet geïnjecteerd. De eindwaarden van Af en AD per oppervlak aangegeven. De schema's tonen de voorgestelde samengestelde lipidestructuren zoals blijkt uit het uiteindelijke frequentie en dissipatie verschuift. Aangepast van referentie 24 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3. Invloed van het oplosmiddel-wisselkoers op de SALB vorming proces. QCM-D frequentieverschuivingen (Af) overeenkomend met de laatste stap (zie pijl 4 in figuur 2C) in de SALB methode gemeten op siliciumdioxide op twee verschillende wisselkoersen, 100 en 600 pl / min, u zing (A) 0,5 mg / ml en (B) 0,125 mg / ml DOPC lipide in isopropanol. De uiteindelijke Af waarden worden gespecificeerd, vergeleken met de basislijn gemeten in waterige bufferoplossing. Aangepast van referentie 24 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4. Drempel Lipidenbioch concentratie voor complete SALB Vorming epifluorescentiemicroscopie lipide lagen siliciumdioxide bereid met behulp SALB (A) 0,05 mg / ml.; (B) 0,1 mg / ml; en (C) 0,25 mg / ml lipide concentratie. Aangepast van referentie 26 en worden met toestemming van de American Chemical Society./files/ftp_upload/53073/53073fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5. Invloed van lipideconcentratie en organische oplosmiddelen ondersteunde lipide bilaag door SALB methode. De uiteindelijke veranderingen in QCM-D (A) en frequentie (B) energieabsorptie voor SALB experimenten met verschillende organische oplosmiddelen, als een functie van lipide concentratie. De gestippelde groene lijnen overeen met de verwachte frequentie en dissipatie verschuift voor een volledige dubbellaag (-30 Hz -6). Aangepast van referentie 26 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze fi bekijkenguur.

Figuur 6. fluorescentieherstel na fotobleken analyse ondersteunde lipide bilagen met verschillende fracties van cholesterol bereid met de SALB methode op een glazen substraat. (AE) fluorescentie microfoto bilagen bereid onder toepassing van verschillende fracties cholesterol in het precursor mengsel. Beelden werden onmiddellijk na fotobleken (boven) en 1 min (middelste) geregistreerd. De donkere vlek in het beeld midden komt overeen met de photobleached regio. De schaal bars zijn 20 urn. Oppervlakte histogrammen van afzonderlijke kleurstof uitgesloten domeinen in elk monster worden ook voorgesteld (onderaan). Aangepast van referentie 36 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7. FRAP analyse van cholesterolbevattende ondersteund bilagen bereid met de vesikel fusie methode. (AD) fluorescentie microfoto bilagen bereid onder toepassing van verschillende cholesterol fracties (10-40 mol%), in het precursor vesicles. Beelden werden onmiddellijk na fotobleken (boven) en 1 min (onderste) geregistreerd. De donkere vlek in het beeld midden komt overeen met de photobleached regio. De schaal bars zijn 20 urn. Aangepast van referentie 36 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8. Quantification van cholesterol fractie ondersteund lipidendubbellagen. (A) De positieve QCM-D frequentieverschuiving bij injectie van 1 mM MβCD op ondersteunde lipide bilagen met verschillende molfracties van cholesterol in het precursor mengsel (tussen 0 en 50 mol%). (B) molprocent cholesterol uitgeput van de SALB en vesikel fusie methoden bereid als functie van de fractie cholesterol in het precursor mengsel of vesicles bilagen. Aangepast van referentie 36 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 9. Tijdsafhankelijke ontwikkeling van fluorescentie microstructuur in een ondersteunde bilaag van DOPC / Chol (4: 6 molverhouding containing 0,5% Rhodamine-PE), opgesteld door de SALB methode. Een uniforme fase geleidelijk fase scheidt in een vloeistof-vloeistof coëxistentie regio op volledige oplosmiddel uitwisseling. Aangepast van referentie 37 en worden met toestemming van de American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.