Method Article
قمنا بتطوير تكنولوجيا تقوم على فيلم السيليكا mesoporous رقيقة لاستعادة انتقائي من البروتينات منخفضة الوزن الجزيئي والببتيدات من مصل الدم البشري. تم ضبطها بدقة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للرقائق لدينا mesoporous لتوفير التحكم ملموسا في مجال تخصيب الببتيد وبالتالي لمحة بروتيوم المصل لأغراض التشخيص.
تحديد المؤشرات الحيوية تعميم يحمل إمكانات كبيرة للنهج غير الغازية في التشخيص المبكر والتشخيص، وكذلك لرصد كفاءة العلاج. 1-3 وتداول منخفض بروتيوم الوزن الجزيئي (LMWP) يتكون من بروتينات صغيرة تسلط من الأنسجة والخلايا أو ارتبط شظايا الببتيد المستمدة من تدهور بروتين أكبر من البروتينات، ويعانون من هذه الحالة المرضية لدى المرضى، ويعكس على الأرجح في حالة المرض. 4،5 وعلى الرغم من هذه التطبيقات السريرية المحتملة، واستخدام الطيف الكتلي (MS) لمحة عن LMWP من السوائل البيولوجية وقد ثبت أن تكون صعبة للغاية نظرا لمدى ديناميكية كبيرة من تركيزات البروتين والببتيد في مصل الدم. 6 بدون عينة قبل المعالجة، وبعض من البروتينات أكثر وفرة عالية تحجب كشف منخفضة وفرة الأنواع في المصل / بلازما. البروتين الحالي القائم على النهج، مثل ثنائي الأبعاد بولكرلميد هلام شرمectrophoresis (2D-PAGE) والبروتيوميات بندقية الأساليب كثيفة العمالة، والإنتاجية المنخفضة وملاءمة العرض محدود بالنسبة إلى التطبيقات السريرية. 7-9 وبالتالي، هناك حاجة إلى استراتيجية أكثر فعالية لعزل LMWP من الدم، والسماح للفحص إنتاجية عالية من العينات السريرية .
هنا، نقدم سريعة وفعالة وموثوق بها متعددة تجزئة النظام القائم على رقائق السيليكا mesoporous خصيصا لاستهداف وإثراء LMWP. ملفقة 10،11 Mesoporous السيليكا (MPS) الأغشية الرقيقة مع ميزات الانضباطي في النانومترية الحجم باستخدام القالب كوبوليمر مسار triblock . باستخدام القوالب البوليمر المختلفة وتركيزات البوليمر في حل السلائف، تم تحديد مختلف توزيعات حجم المسام، والهياكل المسام، والاتصال والخصائص السطحية وتطبيق انتقائي للانتعاش من البروتينات كتلة منخفضة. إعراب الانتقائي للالببتيدات المخصب إلى أقسام فرعية مختلفة وفقا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية سوف ENهانس كفاءة استرداد والكشف عن وفرة الأنواع منخفضة. بالاشتراك مع مطياف الكتلة والتحليل الإحصائي، أثبتنا العلاقة بين الخصائص nanophase من الأفلام السيليكا mesoporous رقيقة وخصوصية وفعالية من انخفاض الكتلة الحصاد بروتيوم. عرض نتائج الكشف عن هذه الوثيقة من إمكانات تكنولوجيا النانو القائم على توفير بديل قوي على الأساليب التقليدية للحصاد LMWP من السوائل البيولوجية المعقدة. وبسبب القدرة على ضبط خصائص المواد، والقدرة على الإنتاج منخفضة التكلفة، وبساطة وسرعة جمع العينات، ومتطلبات عينة تقلص إلى حد كبير للتحليل، وهذا سوف يؤثر بشكل كبير رواية تكنولوجيا النانو في مجال البحث العلامات البيولوجية البروتين والبروتين السريرية التقييم.
1. رقاقة تلفيق
2. نموذج ما قبل المعالجة
3. مصل تقطير
4. MALDI-TOF التحليل من الببتيدات
5. تحليل البيانات
6. ممثل النتائج
كما هو مبين في الشكل رقم 1، في هذه الدراسة ونحن ملفقة سلسلة من الأفلام السيليكا mesoporous رقيقة مع مجموعة متنوعة من nanotextures وبحث شامل للالأشعة تحت الحمراء في استخدام انتقائي 2A الشكل اسر وإثراء LMW الببتيدات والبروتينات من مصل الدم البشري. وب إظهار الأطياف MS عينة من المصل غير المجهزة لالببتيدات في حدود 900 الى 10000 دا والبروتينات في حدود 3000 ~ 70000 دا على التوالي . هذه الأطياف توضيح قمع إشارة في المنطقة LMW بسبب وجود المتأينة جيدا، وارتفاع الوزن وفيرة للغاية، والجزيئية (HMW) البروتينات مثل 2C الشكل الزلال. ود تصوير أطياف MS من عينة مصل الدم بعد تجزئة من قبل L121 MPS (حجم المسام، 6 نانومتر). لقد استنفدت معظم جزيئات كبيرة، مما أدى إلى إثراء كبير من مكونات LMW. كعنصر تحكم، تم تطبيق نفس العينة المصل على سطح السيليكا النقي غير مسامية لتقييم نوعية من الأفلام MPS رقيقة لاسترداد LMWP. كما يمكن أن يرى في الشكل وو 2E، لم يكن هناك حصاد كبير من PEPالمد والجزر أو البروتينات من السيليكا غير مسامية. وهكذا يمكن أن نخلص إلى أنه كان بنية mesoporous وليس التقارب سطح السيليكا التي تشكل عامل السائد في إثراء LMWP.
ويمكن تحقيق التغيرات التي تسيطر على وجه التحديد في حجم المسام من خلال استخدام البوليمرات المشتركة مع اختلاف أطوال كتلة مسعور. باستخدام بروتينات تصميم وخليط الببتيدات، ودراسة تأثير حجم المسام على الببتيد LMW والبروتين فعالية استرداد باستخدام MPS الأغشية الرقيقة المحضرة من السطحي Pluronic الأربعة (F127، P123، L121، L121، وبالاضافة الى وكيل تورم) مع نسب مختلفة الحجم من المكونات المائية وغير المائية لتشكيل أحجام المسام من 3.7 نانومتر، 5.2 نانومتر، 7.4 نانومتر، ونانومتر 9.0 على التوالي. أدت هذه المجموعة من أحجام المسام لاسترداد ذخيرة مختلفة من الببتيدات والبروتينات من عينة المصل نفسه من خلال حجم وشكل استبعاد (الشكل 3). أطياف بروتين في ارتفاع الوزن الجزيئي دemonstrate الجزيئية قطع من كل نوع من رقاقة. بالإضافة إلى نضوب حجم تعتمد على البروتينات HMW، وتجزئة على رقاقة من الحل معايير يعرض الفرق وإثراء الانتقائي من الأنواع LMW المرتبطة أحجام المسام. تجميع اتجاهين الهرمية التي قدمت في 3B يوضح الشكل تخصيب المعايير LMW نمط الحصول عليها مع لجنة السلامة البحرية المختلفة. حتى لو كان كل الببتيدات هي دون الجزيئية قطع من رقائق، هناك علاقة إيجابية بين أحجام المسام، والوزن الجزيئي من الأنواع المحاصرين. لجنة السلامة البحرية مع المسامات الكبيرة، ويصل إلى 9 نانومتر، وحصد أكبر الببتيدات تفضيلي، في حين يتم استردادها أصغر الببتيدات أكثر كفاءة من خلال رقائق مع أصغر المسام. ونفذت عملية التحول الهيكلي للترتيب mesoporous بها ضبط تركيز البوليمر قالب. زيادة تركيز البوليمر قالب أسفرت عن انحناء 1 بينية انخفاض بين المرحلتينمن الماء، وكوبوليمر، والسليكات،. الشروع بالتالي تقدم مترابطة من كروية إلى هيكل اسطواني Pluronic F127، مع وزنها الجزيئي عالية، وتمتلك هذه الدرجة العالية من دورية الهيكلية. عن طريق زيادة تركيز F127 في بداية حل، يمكن الحصول على مختلف MPS النانو رقيقة الدوري من البنية النانوية 3D إلى 2D البنية النانوية. و3D النانو سداسية مكعب، والعسل، وحيازة أكثر من المرغوب فيه الترابط nanopore وأيسر منالا مورفولوجيا nanopore، تظهر الأداء المتفوق في إثراء انتقائي الببتيدات LMW من بنية سداسية 2D، رغم أنها تشترك مماثلة توزيع حجم المسام والجزيئية نفسه قطع لمصل تجزئة (الشكل 4). نحن تبسيط أيضا اقتران من العضوية وغير العضوية silane على رقائق MPS عن طريق إدخال بلازما الأوكسجين ashing ليمهد للمعالجة سطح رقاقة. من أجل دراسة تأثير كهرباء نوعيا في تحديدإيف على رقاقة التخصيب، ونحن نستخدم البروتينات والببتيدات خليط. ويرد MS تحليل حل معايير البروتين مجزأة على رقائق MPS أعدت مع L121 و مترافق مع الجماعات الوظيفية الكيميائية في الشكل 5. وموجبة وسالبة واستولت على الببتيدات والبروتينات LMW على أنيوني ورقائق الموجبة على التوالي. يتم عرض مقارنة كمية من رقائق MPS متعددة في استرداد الببتيدات مع تهمة صافية إيجابية في الشكل 5A. رقائق مع شحنة سالبة ورقائق البطاطس وبدون أي تعديل (مع تهمة سلبية طفيفة في الأصل) يحمل تخصيب أعلى بكثير عن تلك الببتيدات من رقائق تعديل مع APTES (-NH 2). وعلى العكس، موجبة MPS رقائق تملك قدرة استثنائية على استعادة هذه الببتيدات مع تهمة صافية سلبية، كما هو موضح في الشكل 5B. بينما α-الإندورفين لا تظهر د تغيير كبيررق إلى PI لها حوالي 6.
الشكل 1. مبدأ تجزئة رقائق MPS وإثراء LMW. بعد اكتشاف عينة على السطح، محاصرون LMW البروتينات والببتيدات في المسام في حين أن أكبر الأنواع لا تزال خارج المسام وإزالة خلال خطوات الغسيل. ومزال ثم الكسور المخصب وتحليلها بواسطة MALDI.
الشكل 2. تخصيب الببتيد باستخدام رقائق السيليكا mesoporous رقيقة. MALDI ملامح MS في كل من مجموعة كتلة منخفضة (900 إلى 000 دا 10)، ومجموعة كتلة عالية (3000-70 000 دا) قبل (أ، ب) وبعد (ج، د) وتجهيز المصل على الأفلام السيليكا mesoporous رقيقة ( L121، 6 نانومتر). وخفض كبير في انتعاش الجزيئية عند استخدام فارغة السطوح السيليكا غير مسامية (ه، و).
الشكل 3. الجزيئية تخصيب وقف انتاج المواد الانشطارية والحجم التي تعتمد على رقائق من MPS. (أ) عرض مكبر للأطياف MALDI مما يدل على الجزيئية المميزة قطع من كل شرائح MPS رابطا لحجم المسام. (ب) تجميع اتجاهين الهرمية من ميزات مزيج الببتيد بين شرائح مختلفة. كثافة اللون الأحمر أو الأصفر يدل على تركيز الببتيد نسبي. المسام الكبيرة عزز حصد أكبر الببتيدات (3600-8500 دا)، في حين تم انتشال تفضيلي للالببتيدات الصغيرة (900-3500 دا) من رقائق مع أصغر المسام.
الشكل 4. التوصيفات المادية للأفلام رقيقة MPS والانتعاش انتقائي مع النانو المختلفة. أنماط XRD (أ، ب، ج)، تيم (أقحم أ، ب، ج)، Pluronic F127 بتركيزات مختلفة في حل السلائف: 4.0 ×10 M -3 (أ)، 6.0 × 10 -3 م (ب)، و 8.0 × 10 -2 م (ج). (د) والرسم البياني بار من شدة الكشف يدل على انتعاش الببتيد انتقائية على 3D مكعب و 3D رقائق F127 سداسية البروتين (الشبل وهيكس، على التوالي). التعديلات الهيكلية المختلفة يقدم لتخصيب انتقائية.
الشكل 5. المسؤول عن استرداد محددة لرقائق مع وظائف سطح مختلفة. رسم بياني لكثافة MS الكشف عن الببتيدات استولت بشكل انتقائي على رقائق functionalized. وفقا لنقطة ISO-الكهربائية الخاصة بهم، والببتيدات وإيجابا أو سلبا تهمة في 7.0 درجة الحموضة. (أ) الببتيدات الإيجابية ((1) DES-ARG1-براديكينين، (2) براديكينين، (3) مادة ف أميد، (4) Neurotensin، (5) ACTH (1-17)، (6) ACTH (7 - وأثرت على وجه التحديد 38)) على سور سالبة الشحنةوجوه. (ب) الببتيدات السلبية ((7) Glu1 ببتيد فبريني-B، (8) α-إندورفين، (9) ACTH (18-39)، (10) الأنسولين، (11) EGF، (12) الذي يشبه الانسولين GFII) هي المخصب على وجه التحديد على السطوح موجبة.
الشكل 6. على رقاقة استقرار المصل مجزأة. (أ) مزال الممثل ملامح MALDI من الببتيدات والبروتينات LMW فورا بعد تجزئة المصل (أعلى) أو بعد 3 أسبوع من على رقاقة تخزين في درجة حرارة الغرفة (أسفل). (ب) من أعلى إلى أسفل: تحليل الانحدار الخطي من شدة متوسط من قمم MS الكشف عنها في كل تكرار مقارنة مع تكرار 1 لمجزأة طازجة بعد 3wk المصل ومجزأة المصل تخزين رقائق MPS في درجة حرارة الغرفة. يشار إلى المعادلة، والسيرة الذاتية ومعامل التحديد (R 2).
أدلة متزايدة على أن انخفاض الوزن الجزيئي منطقة بروتيوم الدورة الدموية هو مصدر غني من المؤشرات الحيوية التشخيصية للكشف المبكر عن المرض. في هذه التكنولوجيا، وقدمنا سلسلة من رقائق السيليكا mesoporous مع مختلف أحجام المسام، والهياكل المسام والتعديلات لتخصيب انتقائية الببتيدات والبروتينات منخفضة الوزن الجزيئي. لتقييم استقرار البروتين، وحضنت رقائق MPS مع مصل الدم البشري، تجفف بعد غسلها، وتخزينها ل3wk في درجة حرارة الغرفة. وكانت أنماط بروتين / الببتيد التي تم الحصول عليها مقارنة مع تلك من المصل مجزأة طازجة (الشكل 6A)، وهو ما أكدته نتائج التحليل الإحصائي وأظهرت 6B في الشكل. ويقدر تباين إشارات ذروة تقاس السيرة الذاتية في المتوسط 12.7٪ لمصل الخام وعلى 14.2٪ للعينات مجزأة. يمكن للاختلافات هامشية يكون نتيجة لتقلبات داخلية وثيقة MALDI واقترح أن سولم N-رقاقة المعالجة والتخزين لا تحدث أي تغيير كبير في ملامح البروتين MS. وقد أجريت نفس التجربة على السيليكون غير مسامية. كان المصل المجفف عافيتها بعد التخزين على سطح السيليكون مجزأة على رقائق MPS قبل تحليل MALDI. حصلت على الملف MS الفقراء أظهرت ميزة استقرار سطح mesoporous. في المقارنة مع آليات افترض سابقا، ونحن نفترض أنه تم الحفاظ على الأنواع LMW المحاصرين داخل nanopores من التدهور من خلال استبعاد حجم البروتياز، أو عن طريق تثبيط نشاط بروتين من الفراغية بها في مكان ضيق من nanopores. يمكن للطريقة القائمة على رقاقة MPS أن تكون أداة قوية في الببتيد وLMW التنميط بروتين معقد من الدراسة السوائل البيولوجية. رقائق MPS هي غير مكلفة لتصنيع والسماح للإنتاج الارتقاء بها لتحقيق المعالجة في وقت واحد من عدد كبير من العينات، وتوفير ميزات مفيدة للفحص استكشافي والبيولوجيةاكتشاف علامة.
ليس لدينا ما يكشف.
وقد تم تمويل هذا العمل من جانب التحالف من قبل جائزة مركز NanoHealth (W81XWH-11-2-0168) وتكساس مركز للطب النانوي السرطان (1U54CA151668-01).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | تعليقات |
Tetraethoxysilane | سيغما الدريخ | 131903 | 98٪ |
تدور المغطي | البيرة العلم | أوروبا الوسطى والشرقية 200X | |
البلازما آشر | كما يشار إلى مارس | AP-600 | |
الطيفية Ellipsometer | JA Woollam شركة | M-2000DI | |
MALDI-TOF | النظم البيولوجية التطبيقية | يسترسل-DE-STR | |
α-cyano-4-hydroxycinnamic حامض | سيغما الدريخ شركة | C8982 | مصفوفة لMALDI-TOF |
عبر ،5-3-4-dimethoxy هيدروكسيcinnamic حامض | سيغما الدريخ شركة | 85429 | مصفوفة لMALDI-TOF |
تحريك صفيحة ساخنة | الحرارية العلمية | 11-475-30Q | |
CultureWell حجرات ساترة | سيغما الدريخ | GBL103350 | 3 مم بقطر. × عمق 1 مم، 3-10 ميكرولتر، عقيم |
Pluronic F 127 | باسف | PEO 106 PPO 70-PEO 106 | |
Pluronic L121 | باسف | PEO 5-70-PPO PEO 5 | |
Pluronic P123 | باسف | PEO 20-70-PPO PEO 20 |
الجدول رقم 1. الخصائص الفيزيائية الكيميائية وتركيزات تصميم (الوزن الجزيئي وايزووالكهرباء نقطة) من الببتيد ومعايير اختيار بروتين.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved