Supported lipid bilayers with thiolated lipids
Tiyollü lipitlerle oluşturulan yüzey destekli lipit katmanlar
- Tez No: 310520
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Yüzey destekli biyomimetik lipid katmanlar biyolojik membranların ve onları oluşturan lipid ve protein moleküllerinin temel özelliklerini araştırmak için önem arz eden model membran sistemleridir. Yüksek stabiliteye sahip olmaları üzerlerinde uzun dönemli deneylerin yapılmasına olanak sağlamaktadır. Örneğin, membran proteinlerini temel alan ilaç görüntüleme platformları oluşturma gibi çok sayıda pratik uygulamanın olabilirliğini de bizlere sunmaktadır. Bu model membran sistemleri, yüzey plazmon rezonans (SPR) gibi yüzeye hassas problar ve disipasyon ölçümlü quartz kristal mikroterazi (QCM-D) gibi akustik sensörlerin kullanımına da izin vermektedir.QCM-D tekniğinin çalışma ilkesi bünyesindeki kuartz kristalin piezoelektrik özelliğine dayanmaktadır. Kuartz kristale uygulanan alternatif voltaj, kristalde mekanik bir salınımın tetiklenmesine neden olarak kristalin titreşim frekansını (f0) oluşturur. Sonrasında yüzey üzerinde meydana gelecek kütlesel değişimler (?m) titreşim sıklığında değişimlere (?f) neden olarak sensor yüzeyi üzerine tutunan moleküllerin tespit edilebilmesini olanaklı kılar. Bundan başka, yüzeye tutunan malzemeye su (veya diğer bir sıvı) molekülleri gerek direk hidrasyon gerekse filmin içinde tutulma şeklinde ek bir dinamik kütle olarak eşlik ediyorsa salınım yapan kristal bu katmanı viskoelastik bir hidrojel olarak algılayacaktır. Esnek bir filmin yüzeye tutunması ise, film katmanının kristalin salınımına tam olarak eşlik edememesine ve sensör salınımında azalmaya neden olacaktır. Salınımdaki azalma nedeniyle sistemden kaybolan enerjiyi (?D) ölçerek yüzeye tutunan malzemenin katı (rijit) veya esnek olup olmadığı, farklı katmanların yapısal farklılıkları veya adsorpsiyon sürecinde aynı katman içerisinde meydana gelen yapısal değişiklikler gerçek zamanlı olarak belirlenebilmektedir. Bu özellikleri ile QCM-D biyolojik sistemleri çalışmak için kullanılmaktadır.Yüzey Plazmon Rezonans (SPR) yöntemi ise yüzeye eklenen moleküllerin yüzey kırınma indisini değiştirmesi ve bunun plazmon açısını (yansıyan ışığın en düşük olduğu açı) kaydırması esasına dayanmaktadır. Bu yöntemle yüzeye bağlanan veya yüzeyden uzaklaşan moleküller takip edilebilmektedir.Bu çalışmada, tiyollü lipitlerin altın yüzeyler üzerinde lipid katmanlar oluşturmasındaki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla önce phosphatidylcholine (PC) ve 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphothioethanol (PC-DGPE) lipit çeşitlerini farklı oranlarda içeren lipozom (100 nm boyutlarında) dizileri ince lipit film/ekstrüzyon yöntemi ile üretildikten sonra yüzeye tutunum kinetikleri QCM-D ile incelendi. Elde edilen verilerin daha iyi yorumlanabilmesi için ayrıca SPR analizleri ile bütünleştirildi. Buna ek olarak ışık mikroskobu altında lipozom oluşumları görüntülendi.Lipozomların davranışları temelde sensör yüzeyindeki elektriksel yüke ve lipid kompozisyonuna göre değiştiğinden ilk olarak, lipozomların oksitlenmiş ve oksitlenmemiş altın yüzeyler ile etkileşimleri lipozom konsantrasyonu, oksitlenme süresi, inkübasyon gibi parametreler değiştirilerek incelendi. Daha sonra ise farklı tiyol grubu oranındaki lipozomların oksitlenmemiş altın yüzeyler ile interaksiyonu araştırıldı.QCM-D ile elde edilen ?D/?f oranı yüzey etkileşimi süresince lipozomların davranışları hakkında hassas bilgiler çıkartabilmek için kullanılmakta olan önemli bir parametredir. Yüzeyde oluşan katmanı esneklik ve sertlik değerleri açısından değerlendirmemizi sağlayarak, oluşturulan lipid katman hakkında, tek tek ?D ve ?f değerlerinin incelenmesinden daha fazla bilgi vermektedir.Deney sonuçları, inkübe edilen PC lipozomlarının, ki hiç bir tiyol grubu içermemektedir, nisbeten büyük ?D/?f değerleri, yüksek esnekliğe sahip bir katmanın oluştuğunu, yani lipozomların oksitlenmiş altın yüzeyine deforme olmadan, bütün olarak tutunduklarına işaret etmektedir. Kutuplanan altın yüzeyi elektrostatik etkileşimin artmasını sağlayarak PC lipozomların yüzeye kolayca tutunabilmelerine neden oldu. Ayrıca artırılan lipozom konsantrasyonu ve altın yüzeyin maruz kaldığı oksidasyon süresi de yüzeye tutunan lipozom miktarını artırarak gerek lipozomlar içindeki gerekse de lipozomlar arası toplam sıvı miktarını artırarak ?D/?f değerinin de yükselmesine neden oldu.Aynı tip lipozomların ise oksitlenmemiş altın yüzeye tutunamayıp hızlı bir şekilde yüzeyden yıkandıkları görüldü. Diğer yandan, DGPE içeren lipozomlar sahip oldukları tiyol (-SH) grupları nedeniyle oksitlenmemiş yüzeyler ile etkileşime girmektedirler.% 0,1 oranında DGPE lipid tipi barındıran lipozomların sahip oldukları düşük ?D/?f oranları, bu lipozomların deforme olup parçalandıklarını ve çift katmanlı lipid yapı oluşturduklarını akla getirmektedir. Çünkü yüzeye rijit, tek katman şeklinde tutunmuş Bovine Serum Albumin (BSA) protein molekülleri de yaklaşık bir ?D/?f değerini göstermektedir. Ayrıca, tutunmakta olan bir filmin esnek olmayan yapısına işaret eden üst üste çakışmış frekans üst-tonları da bu gözlemi desteklemektedir. Lipozomlardaki DGPE, yani tiyol grubu oranı arttırıldığında ise frekans üst-tonlarının da ayrıldığı gözlendi.% 1'den daha fazla DGPE konsantrasyonlarından elde edilen birbirine yakın ?D/?f değerleri, rijid, sıkı ve düşük miktarlarda da su içeren çoklu lipit katmanlarının oluştuğunu göstermektedir. DGPE oranıyla paralel olarak artan ?f değeri de yüzeyde miktarı artan bu kütleye ayrıca işaret etmektedir.Ayrıca QCM-D ve SPR kullanarak, katyonik bir iyon olan Na+ ve Ca++'in zwitteriyonik lipitlerden oluşan DGPE-PC çoklu katmanları üzerindeki etkileri de değerlendirildi. Bulgular, çoklu lipid katmanlarında Ca++ iyonları nedeniyle çözünme ve bozunma meydana geldiğine işaret etmektedir. Na+ iyonları da benzer fakat daha zayıf etkiler göstermiştir.Kısacası, PC lipozomlarının yapısına DGPE lipitlerinin eklenmesi ?D/?f oranını önemli derecede azalttığı, yani PC-DGPE lipozomlarının parçalanıp yüzeye yayılarak çift katmanlı lipit yapısı oluşturdukları fikrini vermektedir.
Özet (Çeviri)
Biomimetic lipid bilayer platforms on solid supports are important model membrane systems to study the fundamental properties of biological membranes and their constituent lipid and protein molecules. They also offer a possibility for numerous practical applications, such as the construction of drug screening platforms based on membrane proteins. They allow the usage of surface-sensitive probes such as surface plasmon resonance (SPR) and acoustic sensors such as the quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D). Both QCM-D and SPR can supply information about adsorption events on surfaces and the properties of the resulting lipid films in real-time using frequency-dissipation changes (?f-?D) and refractive index shift, respectively.In this study, the aim was to determine the effect of thiolated lipids on the construction of these lipid bilayers on gold surfaces. For this, first a series of unilamellar liposomes (ca. 100 nm) with different phosphatidylcholine and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphothioethanol (PC-DGPE) lipid ratios were prepared by thin lipid film/extrusion method and their behaviour was explored in QCM-D. Interpretation of QCM-D data was also complemented with SPR analysis.?D/?f ratio obtained in QCM-D is a successful parameter to derive sensitive information about liposomal behavior during the binding process. The relatively high ?D/?f value of PC liposomes recycled in the system, which did not contain any thiol group, indicated the formation of a layer with high viscoelasticity and so the adsorption of intact vesicles onto the oxidized gold surface. These vesicles were washed rapidly from unoxidized surfaces whereas DGPE containing vesicles could interact with unoxidized ones thanks to their thiol (-SH) groups.The low ?D/?f ratio for liposomes containing thiol-terminated lipids (0,1 % DGPE) suggested the rupture of the liposomes and formation of a lipid bilayer when compared with a ?D/?f value of the adsorbed Bovine Serum Albumin (BSA) monolayer on the surface, which could be used as a reference for a rigid layer. The overlapped frequency overtones observed also supported this observation.When the DGPE, thus the thiol, amount was increased, the overtone separation occurred.The increase in the ?f values showed increased mass on the surface. DGPE lipid concentrations higher than 1 % have similar ?D/?f values indicating the build-up of rigid and compact phospholipid multilayers with low entrapped water content.QCM-D and SPR were also used to evaluate the effects of cation (Na+, Ca2+) presence in DGPE-PC multilayer composed of zwitterionic lipids. It was seen that Ca++ solubilized and/or disrupted the multilayers and Na+ ions exhibit a much weaker but similar effect.In conclusion, the addition of DGPE to PC liposomes was found to lead to the formation of a bilayer on the gold surface as opposed to the PC liposomes and the presence of thiol groups help the attachment of liposomes even to the unoxidized gold surface.
Benzer Tezler
- Construction and characterization of solid-supported lipid bilayers to investigate cell-surface interactions
Hücre–yüzey etkileşimlerinin incelenmesi için yüzey-destekli lipid zarların oluşturulması ve karakterizasyonu
ABDULHALİM KILIÇ
Doktora
İngilizce
2018
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Investigation of effect on different organic solvent on solid supported lipid bilayer via atomic force microscopy
Farklı organik çözücülerin yüzey destekli lipit katmanlar üzerine etkilerinin atomik kuvvet mikroskobu ile araştırılması
SÜLEYMAN ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
DOÇ. DR. HAKAN ÖZGÜR ÖZER
- Membrane protein-based in vitro methods
Zar protein-tabanlı in vitro metotlar
FATİH İNCİ
Doktora
İngilizce
2013
Biyokimyaİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Viscoelastic effects on structure and dynamics of liposomes in polymeric matrices
Polimerik matrislerde lipozomların yapısı ve dinamikleri üzerindeki viskoelastik etkiler
SELCAN KARAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES
PROF. DR. SEDA KIZILEL
- Yüzeyi modifiye edilmiş nanopartiküllerin arayüzey özellikleri: Yüzey aktif malzemeler
Interfacial properties of the surface patterned nanoparticles: Surface active materials
BİHTER DAĞLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAL AYDOĞAN