Сборка поддерживаемых и взвешенных липидных бислойных моделей, имитирующих клетки, для изучения молекулярных взаимодействий

Christina M. Bailey-Hytholt; Veronica LaMastro; Anita Shukla

doi:10.3791/62599

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Сборка поддерживаемых и взвешенных липидных бислойных моделей, имитирующих клетки, для изучения молекулярных взаимодействий

3.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/62599

⸱

3 августа 2021 г.

Christina M. Bailey-Hytholt¹ , Veronica LaMastro² , Anita Shukla²

¹Department of Chemical Engineering, Worcester Polytechnic Institute, ²Center for Biomedical Engineering, School of Engineering, Brown University

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол описывает образование клеток, имитирующих однолипидные и мультилипидные везикулы, поддерживаемые липидные бислои и взвешенные липидные бислои. Эти модели in vitro могут быть адаптированы для включения различных типов липидов и могут быть использованы для исследования различных взаимодействий молекул и макромолекул.

Аннотация

Модельные клеточные мембраны являются полезным инструментом скрининга с приложениями, варьирующимися от раннего открытия лекарств до исследований токсичности. Клеточная мембрана является важнейшим защитным барьером для всех типов клеток, отделяя внутренние клеточные компоненты от внеклеточной среды. Эти мембраны состоят в основном из липидного бислоя, который содержит внешние гидрофильные головные группы и внутренние гидрофобные хвостовые группы, а также различные белки и холестерин. Состав и структура самих липидов играют решающую роль в регулировании биологической функции, включая взаимодействия между клетками и клеточной микросредой, которая может содержать фармацевтические препараты, биологические токсины и токсиканты окружающей среды. В этом исследовании описаны методы формулирования однолипидных и мультилипидных поддерживаемых и взвешенных клеток, имитирующих липидные бислои. Ранее были разработаны однолипидные фосфатидилхолиновые (PC) липидные бислои, а также многолипидные плацентарные трофобласт-вдохновленные липидными бислоями для использования в понимании молекулярных взаимодействий. Здесь будут представлены методы достижения обоих типов двухслойных моделей. Для клеток, имитирующих мультилипидные бислои, желаемую липидную композицию сначала определяют путем экстракции липидов из первичных клеток или клеточных линий с последующей жидкостной хроматографией-масс-спектрометрией (LC-MS). С использованием этой композиции липидные везикулы изготавливают методом тонкопленочной гидратации и экструзии и характеризуют их гидродинамический диаметр и дзета-потенциал. Поддерживаемые и взвешенные липидные бислои затем могут быть сформированы с использованием микровесов кристаллов кварца с мониторингом диссипации (QCM-D) и на пористой мембране для использования в параллельном анализе проницаемости искусственной мембраны (PAMPA), соответственно. Репрезентативные результаты подчеркивают воспроизводимость и универсальность липидных двухслойных моделей in vitro клеточной мембраны. Представленные методы могут помочь в быстрой, поверхностной оценке механизмов взаимодействия, таких как проникновение, адсорбция и встраивание различных молекул и макромолекул с клеточной мембраной, помогая в скрининге кандидатов на лекарства и прогнозировании потенциальной клеточной токсичности.

Введение

Клеточная мембрана, состоящая в основном из фосфолипидов, холестерина и белков, является важнейшим компонентом всех живых клеток^1. Благодаря организации, обусловленной амфифильностью липидов, клеточная мембрана функционирует как защитный барьер и регулирует, как клетка взаимодействует с окружающей средой^2. Несколько клеточных процессов зависят от липидного и белкового состава^{мембраны 1,}^2. Например, клеточные мембранные взаимодействия важны для эффективной доставки лекарств^3. Фармацевтические препараты, биологические препараты, наноматериал....