Os autores agradecem ao Prof. Thomas Reiner, Dr. Jacob Houghton, e Dr. Serge Lyaschenko para achou conversas.

Todas as experiências com animais in vivo descritos foram realizados de acordo com um protocolo aprovado e sob as diretrizes éticas do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, Animal Care Institucional e Comitê de Uso (IACUC). 1. Conjugação de DFO-NCS J591 <ol><li> Num tubo de microcentrífuga de 1,7 ml, preparar uma solução de 2-5 mg / ml de J591 em 1 ml de solução salina tamponada 1x com fosfato (pH 7,4) ou em tampão HEPES 0,5 M (pH 7,4). </li><li> Dissolve-se o DFO-NCS em DMSO seco a uma concentração entre 5-10 mM (3,8-7,6 mg / ml). Sonicar ou vórtice a solução cuidadosamente, a fim de facilitar a dissolução completa. </li><li> Ajustar o pH da solução para 8,8-9,0 J591 pela adição de pequenas alíquotas (&lt;10 ul) de 0,1 M de Na 2 CO 3. </li><li> Uma vez que a solução de anticorpo é o pH correcto, adicionar um volume da solução de DFO-NCS correspondente a 3-4 vezes o excesso molar do agente quelante bifuncional. <ol><li> Para exameplo, adicionar 4-5 mL de uma solução 10 mM (7,6 mg / ml) Solução de DFO-NCS (40,4 nmol DFO-NCS) a 1 mL de uma solução 2 mg / anticorpo J591 (13,3 nmol J591). A quantidade de DMSO na mistura final de reacção aquosa não deverá exceder 2% v / v. </li></ol></li><li> Incubar a reacção durante 30 min a 37 ° C num bloco de aquecimento a agitação a 350 rpm. </li><li> Depois de 1 hora a 37 ° C, purificar o imunoconjugado resultante utilizando uma coluna de exclusão de tamanho descartável dessalinização pré-embalados com um peso molecular de 50.000 de corte usando tampão HEPES 0,5 M (pH 7,4) como o eluente. Este passo irá produzir uma solução do construto J591-DFO completado 2 ml. </li><li> Medir a concentração da J591-DFO construir num espectrofotómetro de UV-Vis. </li><li> Se uma concentração mais elevada da construção é desejado, concentra-se a solução J591-DFO usando uma unidade de filtração centrífuga com um peso molecular de 50.000 de corte. </li><li> Guardar a solução do imunoconjugado J591-DFO concluída a -20 ° C no escuro. </ol> 2. Radiomarcação J591-DFO com 89 Zr ATENÇÃO: Esta etapa do protocolo envolve a manipulação e manipulação de radioatividade. Antes de executar estas etapas ou realizar qualquer outro trabalho com pesquisadores de radioactividade deve consultar com Radiação Departamento de Segurança da sua instituição de origem. Devem ser tomadas todas as medidas possíveis para minimizar a exposição à radiação ionizante. NOTA: No interesse do bom radioquímica nota de manutenção, a quantidade de radioactividade na amostra deverá ser medida utilizando um calibrador de dose e registrados antes e depois de Passos 2,2-2,13 no protocolo abaixo. Isso vai ajudar com a determinação exata da yields radioquímica e atividades específicas. <ol><li> Prepara-se uma solução de 0,5-2,0 mg de J591-DFO em 200 ul de tampão HEPES 0,5 M, pH 7,5. </li><li> Pipetar um volume da &lt;sup&gt; 89 Zr 4+ solução estoque (normalmente fornecidos em 1,0 M de ácido oxálico) correspondente a 1,0-6,0 mCi (37-222 MBq) em 2 ml de um tubo de plástico de microcentrífuga com tampa de rosca. Ajuste o volume desta solução para um total de 300 l com ácido oxálico 1,0 M. </li><li> Ajustar o pH da solução de 89 Zr 4+ para 6,8-7,5 usando 1,0 M de Na 2 CO 3. Começar pela adição de 250 ul de 1,0 M de Na 2 CO 3 a 89 Zr 4+ solução e subsequentemente adicionar menor (&lt;10 ul) de alíquotas de base para se atingir o pH desejado. </li><li> Adicionar a quantidade desejada de solução de pH ajustado 89 Zr 4+ à solução J591-DFO preparado no passo 2.1. </li><li> Verifique o pH da mistura de reacção radiolabeling para garantir que ele esteja dentro do intervalo desejado de 6,8-7,5. </li><li> Incubar a reacção de marcação radioactiva durante 60 min a RT num bloco de aquecimento a agitação a 350 rpm. </li><li> Após 60 min de incubação, medir a radiolabeling rendimento da reacção usando rádio-TLC. <ol><li> Para este fim, manchar 1 uCi de a mistura de reacção sobre uma TLC de radiomarcação tira impregnada em sílica. Permitir que a alíquota para secar, executar o TLC utilizando um eluente de 50 mM de DTPA (pH 5,5) e a tira de análise de TLC utilizando um scanner de rádio-TLC. 89 Zr 4+ ligado ao construto J591-DFO aparece na origem (R f &lt;0,1), enquanto que 89 livres Zr 4+ catiões serão quelado com DTPA e elui-se com a frente do solvente (Rf&gt; 0,9). </li><li> Calcula-se o rendimento da reacção de marcação radioactiva, integrando o radiocromatograma, dividindo a área sob a curva de Rf de 0,0-0,1 pela área total sob a curva, e multiplicando por 100. </li></ol></li><li> Se o rendimento de radiomarcação é suficiente (tipicamente uma actividade específica teórica de&gt; 2 mCi / mg), temperar a reacção com 5 mL de DTPA 50 mM, pH 5,5. </li><li> Purifica-se o imunoconjugado resultante using um tamanho descartável coluna pré-embalada com uma exclusão de dessalinização de 50.000 de peso molecular de corte usando um eluente de 0,9% ou soro fisiológico estéril com 5 mg / ml de ácido gentísico ou 0,25 M de acetato de sódio (pH 5,5) com 5 mg / ml de ácido gentisico . Este passo irá produzir uma solução de completado o radioimunoconjugado 89 Zr-DFO-J591 2 ml. </li><li> Após a purificação, a verificar a pureza radioquímica do 89 Zr-DFO-J591 usando radio-TLC como descrito no passo 2.7. </li><li> Calcula-se o rendimento global de radiomarcação da reacção dividindo-se a quantidade de actividade inicialmente adicionados à solução de anticorpo por a quantidade de radioactividade isolado purificado com o radioimunoconjugado 89 Zr-DFO-J591. </li><li> Calcula-se a actividade específica final, dividindo a quantidade de actividade isolado purificado com a 89 Zr-DFO-J591 radioimunoconjugado pela massa inicial de DFO-J591 na reacção de marcação radioactiva. </li><li> Se uma concentração mais elevada é desejada, concentrar the 89 solução de Zr-DFO-J591 usando uma unidade de filtração centrífuga com um peso molecular de 50.000 de corte. NOTA: O ácido gentisico utilizado no passo de purificação final é um rádio-protector utilizado para minimizar a degradação do anticorpo devido à radiólise 46 Enquanto o armazenamento do radioimunoconjugado 89 Zr-DFO-J591 durante até 48 horas a 4 ° C. é possível, não é recomendável. Se o radioimunoconjugado é para ser armazenada, usar 0,25 M de acetato de sódio (pH 5,5) com 5 mg / ml de ácido gentisico como o tampão de armazenamento, a fim de minimizar o risco de radiólise mediada por hipoclorito. 47 </li></ol> 3. Imagem In Vivo de PET com 89 Zr-DFO-J591 CUIDADO: Como no Protocolo Secção 2, este passo do protocolo envolve o manuseamento e manipulação de radioactividade. Antes de executar estes passos pesquisadores deve consultar com Radiação Secretaria de Segurança de sua instituição de origem. Todos possibdevem ser tomadas medidas le minimizar a exposição a radiações ionizantes. <ol><li> Em camundongos nus atímicos masculinos, implante subcutâneo 5 x 10 células cancerosas da próstata 6 LNCaP e permitir que estes a crescer a um 100-150 mm 3 heterólogo (3-4 semanas após a inoculação). 44 </li><li> Dilui-se o radioimunoconjugado 89 Zr-DFO-J591 a uma concentração de 1,0 mCi / ml em 0,9% de solução salina estéril. </li><li> Injectar 200 ul de solução a 89 Zr-DFO-J591 (200 uCi; 7,4 MBq). Na veia lateral da cauda dos ratinhos portadores do xenoenxerto 48 </li><li> No ponto de tempo de imagem desejada (por exemplo, 12, 24, 48, 72, 96, ou 120 horas pós-injecção), anestesiar a um rato com isoflurano a 2%: mistura de gás oxigénio. </li><li> Posicione o mouse em cima da cama do pequeno scanner de PET animal, e manter a anestesia durante a varredura usando um isoflurano 1%: mistura de gás oxigênio. Antes de colocar o animal na mesa do scanner, verifique anestesia utilizando o método toe-pitada e applpomada oftálmica y aos olhos do mouse para evitar o ressecamento durante a anestesia. 49 </li><li> Adquirir os dados de PET para o mouse através de uma verificação estática com um mínimo de 40 milhões de eventos coincidentes, utilizando uma janela de energia de 350-700 keV e uma janela de tempo coincidência de 6 ns. 50 </li><li> Depois de concluir a aquisição da imagem, não deixe o mouse autônoma e não colocá-lo em uma gaiola com outros ratos até que recuperou a consciência. </li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Enquanto a construção, radioimunoconjugados radiolabeling e imagiologia de 89 Zr-DFO-labled geralmente é um procedimento bastante simples, é importante manter algumas considerações-chave em mente durante cada etapa do processo. Por exemplo, talvez a causa mais provável para preocupação durante o passo de conjugação do procedimento é a agregação do anticorpo durante a reacção de conjugação. Este problema é mais frequentemente um produto de mistura pobre da reacção de conjugação após a a...

Devido à sua notável sensibilidade, afinidade e selectividade, os anticorpos têm sido considerados promissores vectores para a entrega de radioisótopos a células cancerosas. No entanto, a sua aplicação em tomografia por emissão de pósitrons (PET) tem sido dificultada pela falta de um radioisótopo emissor de positrões adequado para a sua rotulagem. 1-3 Uma das considerações mais importantes no projeto de radioimunoconjugados está combinando a decadência física meia- vida do radioisótopo para os farmacocinética in vivo do anticorpo. Mais especificamente, os anticorpos têm muitas vezes, de vários dias biológicos meia-vida relativamente longa e, portanto, devem ser rotulados com radioisótopos com meia-vida física comparáveis. Para aplicações de imagem PET, os anticorpos têm sido tradicionalmente radiolabeled com 64 Cu (t 1/2 = 12,7 horas), 86 Y (t 1/2 = 14,7 horas), ou 124 I (t 1/2 = 4,18 d). 4, 5 No entanto, cada um dosesses radioisótopos possui limitações significativas que dificultam a sua adequação para a imagem latente clínica. Enquanto radioimunoconjugados marcados com 86 Y e 64 Cu provaram promissora em investigações pré-clínicas, ambos os isótopos possuem meias-vidas físicas que são demasiado curto para ser eficaz para imagiologia em humanos. 124 I, em contraste, possui uma meia-vida física quase ideal para imagiologia com anticorpos, mas é caro e tem características de degradação que levam à sub-óptimos relativamente baixa resolução de imagens clínicas. Além disso, 124 radioimunoconjugados marcado-I podem estar sujeitos a desalogenação in vivo, um processo que pode diminuir índices de atividade tumoral-a-fundo. 6,7 O esforço para encontrar um radioisótopo emissor de pósitrons para suplantar 64 Cu, 86 Y, e 124 I em radioimunoconjugados tem alimentado a recente onda de pesquisa em 89 anticorpos Zr-marcados. 8-12 Tele razão para o advento de Zr 89 é bastante simples: o metal radioactivo possui propriedades físicas, químicas e quase ideal para o uso em diagnóstico PET radioimunoconjugados 13 89 Zr é produzido através da 89 Y (p, n) 89 Zr reacção num ciclotrão utilizando um. comercialmente disponível e de 100% natural abundante alvo Y 89. 14,15 O metal radioactivo tem um rendimento de 23% de positrões, decai com uma meia-vida de 78,4 horas, e emite positrões com a energia relativamente baixa de 395,5 keV (Figura 1). 13,16,17 É importante notar que 89 Zr também emite uma energia alta, 909 keV γ-raios com 99% de eficiência. Enquanto esta emissão não interfere activamente com as emitidas 511 fótons keV, requer consideração extra no que diz respeito ao transporte, manuseio, e dosimetria. Apesar dessa ressalva, estas características de degradação em última análise, significa que 89 Zr não só tem um h mais favorávelalf-vida para a imagem latente com anticorpos do que 86 Y e 64 Cu, mas também pode produzir imagens de alta resolução de 124 I, que emite pósitrons com energias superiores de 687 e 975 keV, bem como um número de fótons com energias dentro de 100-150 keV de os fotões criado-positrão 511 keV. 13 Além disso, 89 Zr também é mais seguro de manusear, menos caros de produzir, e residualizes nos tumores de forma mais eficaz do que a sua contrapartida com iodo radioactivo. 18,19 Uma limitação potencial de 89 Zr é que ela não possui um isotopï¿½ogo terapêutico, por exemplo, 86 Y (PET) vs. 90 Y (terapia). Isso impede a construção de agentes de imagem quimicamente idênticos, substitutos que podem ser utilizados como batedores de dosimetria para os seus homólogos terapêuticas. Dito isso, as investigações sugerem que 89 anticorpos Zr-rotulados têm potencial como substitutos de imagem para 90 Y- e 177 imunocon Lu-marcados.20,21 De um ponto de vista químico, tal como um metal do Grupo IV, 89 Zr existe como um catião 4 em solução aquosa. Ion O Zr 4+ é altamente carregada, relativamente grande (raio efetivo = 0,84 Å), e pode ser classificado como um cátion &quot;hard&quot;. Como tal, ele exibe uma preferência para os ligandos de rolamento até oito doadores de oxigénio, rígidos aniónicos. Facilmente o quelante mais comum usado em 89 radioimunoconjugados Zr-rotulados é desferrioxamine (DFO), um quelante acíclico derivados de siderophore tendo três grupos hidroxamato. O ligando de forma estável coordena o catião Zr 4+ rapidamente e de forma limpa à temperatura ambiente a níveis de pH biologicamente relevantes, e o complexo de Zr-DFO resultante permanece estável ao longo de vários dias em soro fisiológico, soro do sangue, e sangue total. 22 Estudos computacionais sugerem fortemente DFO que forma um complexo com hexacoordinate Zr 4+, em que o centro metálico está coordenado a três neutral e três dadores de oxigénio aniónicos do ligando, bem como dois ligandos de água exógenos (Figura 2). 23,24 O comportamento in vivo dos radioimunoconjugados empregando a conjugação de andaime 89 Zr-DFO tem sido geralmente excelente. No entanto, em alguns casos, a imagiologia e estudos de biodistribuição agudas revelaram níveis elevados de actividade nos ossos dos ratinhos injectados com 89 anticorpos marcados, Zr dados que sugerem que o osteophilic 89 Zr 4+ catião é libertado do quelante in vivo e, subsequentemente, mineraliza no osso. 25 Recentemente, uma série de investigações sobre o desenvolvimento de novos 89 Zr 4+ quelantes particularmente ligandos doadores de oxigénio, com oito têm aparecido na literatura. 24,26,27 No entanto, no presente, o DFO é o quelante mais amplamente empregado em 89 radioimunoconjugados Zr marcado por uma larga margem. Uma variedade de diferentesbioconjugação estratégias têm sido utilizadas para fixar o DFO aos anticorpos, incluindo clique química bioorthogonal, a reacção da tiol-reactivo DFO constrói com cisteínas em que o anticorpo, e a reacção de activado DFO-éster tendo constrói com lisinas do anticorpo. 4,28- 30 facilmente a estratégia mais comum, no entanto, tem sido a utilização de um derivado de isotiocianato de rolamento de DFO, o DFO-NCS (Figura 2). 22 Este quelante bifuncional disponível comercialmente de forma robusta e fiável, forma ligações covalentes estáveis ​​com as lisinas de tioureia da anticorpo (Figura 3). Ao longo dos últimos anos, uma grande variedade de 89 radioimunoconjugados Zr-DFO-rotulados foram relatados na literatura. Investigações pré-clínicas têm sido especialmente abundante, com anticorpos que vão desde o mais conhecido cetuximab, bevacizumab, e trastuzumab para anticorpos mais esotéricas, como o de segmentação CD105 TRC105 e fPSA-targeting 5A10. 30-36 Mais recentemente, um pequeno número de ensaios clínicos de fase precoce utilizando 89 anticorpos Zr-DFO-rotulados têm surgido na literatura. Ensaios Especificamente, os grupos na Holanda publicaram que empregam 89 Zr-DFO-IACM U36, 89 Zr-DFO-ibritumomab tiuxetan, e 89 Zr-DFO-trastuzumab. 21,32,37 Além disso, uma série de outros estudos clínicos com 89 radioimunoconjugados Zr-marcadas estão em andamento, incluindo as investigações aqui no Memorial Sloan Kettering Cancer Center, usando o PSMA-alvo 89 Zr-DFO-J591 para geração de imagens de câncer de próstata e 89 Zr-DFO-trastuzumab-alvo HER2 para geração de imagens de câncer de mama. 23, 30 Além disso, enquanto que os anticorpos radiomarcados permanecem as mais comuns 89 Zr-radiofármacos marcados, o metal radioactivo tem sido cada vez mais utilizado com outros vectores, incluindo péptidos, proteínas e 38-43 nanomateriais. </sup&gt; A modularidade deste 89 Zr-DFO metodologia rotulagem é uma enorme vantagem. O repertório de anticorpos de segmentação de biomarcadores é cada vez maior, e o interesse em realizar em imagem PET vivo usando essas construções está crescendo em ritmo acelerado. Como resultado, acreditamos que o desenvolvimento de práticas mais padronizados e protocolos poderia beneficiar o campo. Um excelente protocolo experimental escrito para DFO-NCS conjugação e 89 Zr radiolabeling já foi publicada por Vosjan, et al. 22 Consideramos que a demonstração visual proporcionado por este trabalho poderia ajudar ainda mais os investigadores novos para estas técnicas. No protocolo a mão, o antigénio da membrana alvo J591 anticorpo específico da próstata irá ser usado como um sistema modelo para ilustrar (1) a bioconjugação do quelante bifuncional DFO-isotiocianato de um anticorpo, (2) o radiossï¿½tese e a purificação do 89 Zr-DFO-mAb radioimunoconjugado,e (3) in vivo imagiologia de PET com 89 um de Zr-DFO-mAb radioimunoconjugado em um modelo murino de cancro. 23,44,45

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="676">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:217px;">Name of the Material/Equipment</td>
			<td style="width:183px;">Company</td>
			<td style="width:99px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:179px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">p-SCN-Bn-DFO</td>
			<td>Macrocyclics</td>
			<td>B-705</td>
			<td>Store at -80 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">[89Zr]Zr-oxalate</td>
			<td>Various, including Perkin-Elmer</td>
			<td>-</td>
			<td>Caution: Radioactive material</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PD-10 Desalting Columns</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-0851-01&#160;</td>
			<td>Store at room temperature</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Units</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>UFC805024</td>
			<td>Store at room temperature</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silica Gel Impregnanted RadioTLC Paper</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>SGI0001</td>
			<td>Cut into strips 0.5 cm wide</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the bioconjugation and radiosynthesis of 89zr-dfo-labeled antibodies

A excepcional afinidade, especificidade e selectividade dos anticorpos torná-los vectores extraordinariamente atraentes para radiofármacos PET-alvo tumorais. Devido à sua multi-dia meia vida biológica, os anticorpos devem ser marcados com radionuclídeos emissores de positrões com deterioração física relativamente longas semi-vidas. Tradicionalmente, os isótopos emissores de positrões 124-I (t 1/2 = 4,18 d), 86 Y (t 1/2 = 14,7 h), e 64 Cu (t 1/2 = 12,7 h) foram utilizados para marcar os anticorpos de imagens de PET. Mais recentemente, no entanto, o campo tem testemunhado um aumento dramático na utilização do emissor de positrões radiometal 89 Zr em agentes de imagem baseados em anticorpos PET. 89 é um radioisótopo de Zr quase ideal para imagiologia por PET com imunoconjugados, uma vez que possui uma metade física -vida (T 1/2 = 78,4 h), que é compatível com a farmacocinética in vivo de anticorpos e emite um relativamente baixo enopósitrons rgy que produz imagens de alta resolução. Além disso, os anticorpos podem ser directamente marcado com 89 Zr utilizando o quelante de desferrioxamina derivado de sideróforos (DFO). Neste protocolo, o antigénio da membrana alvo J591 anticorpo específico da próstata irá ser usado como um sistema modelo para ilustrar (1) a bioconjugação do quelante bifuncional DFO-isotiocianato de um anticorpo, (2) o radiossï¿½tese e purificação de um 89 ZR DFO-mAb radioimunoconjugado, e (3) a imagem in vivo de PET com 89 um de Zr-DFO-mAb radioimunoconjugado em um modelo murino de cancro.

O primeiro passo deste protocolo a conjugação de DFO-NCS para o anticorpo é tipicamente muito robusto e fiável. Geralmente, a purificada, imunoconjugado modificado por quelante pode ser obtido em&gt; 90% de rendimento, e utilizando 3 equivalentes molares de DFO-NCS inicial na reacção de conjugação vai proporcionar um graus de rotulagem do quelante de aproximadamente 1,0-1,5 DFO / mAb. Os 89 Zr radiomarcaï¿½o e etapas de purificação do processo são igualmente simples. Nas concentrações descrita...

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The Bioconjugation and Radiosynthesis of 89Zr-DFO-labeled Antibodies

Due to its multi-day radioactive half-life and favorable decay properties, the positron-emitting radiometal 89Zr is extremely well-suited for use in antibody-based radiopharmaceuticals for PET imaging. In this protocol, the bioconjugation, radiosynthesis, and preclinical application of 89Zr-labeled antibodies will be described.

O bioconjugação e radiossíntese de 89 Anticorpos Zr-DFO-rotulados

The exceptional affinity, specificity, and selectivity of antibodies make them extraordinarily attractive vectors for tumor-targeted PET ...

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17.0K visualizações.  Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Due to its multi-day radioactive half-life and favorable decay properties, the positron-emitting radiometal 89Zr is extremely well-suited for use in antibody-based radiopharmaceuticals for PET imaging. In this protocol, the bioconjugation, radiosynthesis, and preclinical application of 89Zr-labeled antibodies will be described. 

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspirado Auto-montagem de Partículas estampados e Reconfigurável

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Química

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS can be subdivided into three domains: the distal O-polysaccharide, a core oligosaccharide, and the lipid A domain consisting of a lipid A molecular species and 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid residues (Kdo). The lipid A domain is the only component essential for bacterial cell survival. Following its synthesis, lipid A is chemically modified in response to environmental stresses such as pH or temperature, to promote resistance to antibiotic compounds, and to evade recognition by mediators of the host innate immune response. The following protocol details the small- and large-scale isolation of lipid A from gram-negative bacteria. Isolated material is then chemically characterized by thin layer chromatography (TLC) or mass-spectrometry (MS). In addition to matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS, we also describe tandem MS protocols for analyzing lipid A molecular species using electrospray ionization (ESI) coupled to collision induced dissociation (CID) and newly employed ultraviolet photodissociation (UVPD) methods. Our MS protocols allow for unequivocal determination of chemical structure, paramount to characterization of lipid A molecules that contain unique or novel chemical modifications. We also describe the radioisotopic labeling, and subsequent isolation, of lipid A from bacterial cells for analysis by TLC. Relative to MS-based protocols, TLC provides a more economical and rapid characterization method, but cannot be used to unambiguously assign lipid A chemical structures without the use of standards of known chemical structure. Over the last two decades isolation and characterization of lipid A has led to numerous exciting discoveries that have improved our understanding of the physiology of gram-negative bacteria, mechanisms of antibiotic resistance, the human innate immune response, and have provided many new targets in the development of antibacterial compounds.

Isolation and characterization of the lipid A domain of lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria provides insight into cell surface based mechanisms of antibiotic resistance, bacterial survival and fitness, and how chemically diverse lipid A molecular species differentially modulate host innate immune responses.

Isolamento e Caracterização química do lípido A de bactérias Gram-negativas

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox reactions. The Cu (I) complex of the peptide model of a Cu (I) binding metallochaperone protein, which includes the sequence MTCSGCSRPG (underlined is conserved), was determined in solution under inert conditions by NMR spectroscopy.
NMR is a widely accepted technique for the determination of solution structures of proteins and peptides. Due to difficulty in crystallization to provide single crystals suitable for X-ray crystallography, the NMR technique is extremely valuable, especially as it provides information on the solution state rather than the solid state. Herein we describe all steps that are required for full three-dimensional structure determinations by NMR. The protocol includes sample preparation in an NMR tube, 1D and 2D data collection and processing, peak assignment and integration, molecular mechanics calculations, and structure analysis. Importantly, the analysis was first conducted without any preset metal-ligand bonds, to assure a reliable structure determination in an unbiased manner.

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

The NMR-solution structure of a metallochaperone model peptide with Cu (I) was determined, and a detailed protocol from sample preparation and 1D and 2D data collection to a three-dimensional structure is described.

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

A High-throughput-compatible FRET-based Platform for Identification and Characterization of Botulinum Neurotoxin Light Chain Modulators

Botulinum neurotoxin (BoNT) is a potent and potentially lethal bacterial toxin that binds to host motor neurons, is internalized into the cell, and cleaves intracellular proteins that are essential for neurotransmitter release. BoNT is comprised of a heavy chain (HC), which mediates host cell binding and internalization, and a light chain (LC), which cleaves intracellular host proteins essential for acetylcholine release. While therapies that inhibit toxin binding/internalization have a small time window of administration, compounds that target intracellular LC activity have a much larger time window of administrations, particularly relevant given the extremely long half-life of the toxin. In recent years, small molecules have been heavily analyzed as potential LC inhibitors based on their increased cellular permeability relative to larger therapeutics (peptides, aptamers, etc.). Lead identification often involves high-throughput screening (HTS), where large libraries of small molecules are screened based on their ability to modulate therapeutic target function. Here we describe a FRET-based assay with a commercial BoNT/A LC substrate and recombinant LC that can be automated for HTS of potential BoNT inhibitors. Moreover, we describe a manual technique that can be used for follow-up secondary screening, or for comparing the potency of several candidate compounds.

The botulinum neurotoxin type A light chain (BoNT/A LC) is a metalloprotease that enters motor neurons, cleaves its substrate SNAP-25, and disrupts neurotransmission, thereby resulting in flaccid paralysis. Utilizing a high-throughput-compatible FRET-based assay, large libraries of small molecules can be screened for their impact on BoNT/A LC enzymatic activity.

Botulinum neurotoxin (BoNT) is a potent and potentially lethal bacterial toxin that binds to host motor neurons, is internalized into the cell, and ...

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control self-assembly and mimicking this process in vitro will bring about major advances in the areas of materials science and nanotechnology. Among the available biological building blocks, peptides have several advantages as they present substantial diversity, their synthesis in large scale is straightforward, and they can easily be modified with biological and chemical entities1,2. Several classes of designed peptides such as cyclic peptides, amphiphile peptides and peptide-conjugates self-assemble into ordered structures in solution. Homoaromatic dipeptides, are a class of short self-assembled peptides that contain all the molecular information needed to form ordered structures such as nanotubes, spheres and fibrils3-8. A large variety of these peptides is commercially available.
This paper presents a procedure that leads to the formation of ordered structures by the self-assembly of homoaromatic peptides. The protocol requires only commercial reagents and basic laboratory equipment. In addition, the paper describes some of the methods available for the characterization of peptide-based assemblies. These methods include electron and atomic force microscopy and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Moreover, the manuscript demonstrates the blending of peptides (coassembly) and the formation of a &#34;beads on a string&#34;-like structure by this process.9 The protocols presented here can be adapted to other classes of peptides or biological building blocks and can potentially lead to the discovery of new peptide-based structures and to better control of their assembly.

This paper describes the formation of highly ordered peptide-based structures by the spontaneous process of self-assembly. The method utilizes commercially available peptides and common lab equipment. This technique can be applied to a large variety of peptides and may lead to the discovery of new peptide-based assemblies.

A formação de estruturas biomoleculares ordenada pelo auto-montagem de pequenos peptídeos

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

Split-and-pool Synthesis and Characterization of Peptide Tertiary Amide Library

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid phase by using combinatorial chemistry. One of the most well studied classes of peptidomimetics is peptoids. Peptoids are easy to synthesize and have been shown to be proteolysis-resistant and cell-permeable. Over the past decade, many useful protein ligands have been identified through screening of peptoid libraries. However, most of the ligands identified from peptoid libraries do not display high affinity, with rare exceptions. This may be due, in part, to the lack of chiral centers and conformational constraints in peptoid molecules. Recently, we described a new synthetic route to access peptide tertiary amides (PTAs). PTAs are a superfamily of peptidomimetics that include but are not limited to peptides, peptoids and N-methylated peptides. With side chains on both &#945;-carbon and main chain nitrogen atoms, the conformation of these molecules are greatly constrained by sterical hindrance and allylic 1,3 strain. (Figure 1) Our study suggests that these PTA molecules are highly structured in solution and can be used to identify protein ligands. We believe that these molecules can be a future source of high-affinity protein ligands. Here we describe the synthetic method combining the power of both split-and-pool and sub-monomer strategies to synthesize a sample one-bead one-compound (OBOC) library of PTAs.

Peptide tertiary amides (PTAs) are a superfamily of peptidomimetics that include but are not limited to peptides, peptoids and N-methylated peptides. Here we describe a synthetic method which combines&#160;both split-and-pool and sub-monomer strategies to synthesize a one-bead one-compound library of PTAs.

Split-and-piscina Síntese e Caracterização de Peptídeos Terciário Amide Biblioteca

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the development of antibody drug conjugates (ADCs) and nanomedicine, fluorescent microscopy and systems chemistry. For many of these applications, specificity of the bioconjugation method used is of prime concern. The Michael addition of maleimides with cysteine(s) on the target proteins is highly selective and proceeds rapidly under mild conditions, making it one of the most popular methods for protein bioconjugation.
We demonstrate here the modification of the only surface-accessible cysteine residue on yeast cytochrome c with a ruthenium(II) bisterpyridine maleimide. The protein bioconjugation is verified by gel electrophoresis and purified by aqueous-based fast protein liquid chromatography in 27% yield of isolated protein material. Structural characterization with MALDI-TOF MS and UV-Vis is then used to verify that the bioconjugation is successful. The protocol shown here is easily applicable to other cysteine - maleimide coupling of proteins to other proteins, dyes, drugs or polymers.

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

This protocol details the important steps required for the bioconjugation of a cysteine containing protein to a maleimide, including reagent purification, reaction conditions, bioconjugate purification and bioconjugate characterization.

Síntese de Bioconjugados de proteínas<em&gt; via</em&gt; Química cisteína-maleimida

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals leads to the formation of composite materials with unique properties. In addition, the undesirable process of biofouling is initiated by the adsorption of biomolecules, mainly proteins, on surfaces. This organic layer is an adhesion layer for bacteria and allows them to interact with the surface. Understanding the fundamental forces that govern the interactions at the organic-inorganic interface is therefore important for many areas of research and could lead to the design of new materials for optical, mechanical and biomedical applications. This paper demonstrates a single-molecule force spectroscopy technique that utilizes an AFM to measure the adhesion force between either peptides or amino acids and well-defined inorganic surfaces. This technique involves a protocol for attaching the biomolecule to the AFM tip through a covalent flexible linker and single-molecule force spectroscopy measurements by atomic force microscope. In addition, an analysis of these measurements is included.

Here we present a protocol to measure the force of interactions between a well-defined inorganic surface and either peptides or amino acids by single-molecule force spectroscopy measurements using an atomic force microscope (AFM). The information obtained from the measurement is important to better understand the peptide-inorganic material interphase.

Insights sobre as interações de aminoácidos e peptídeos com Materiais Inorgânicos Usando Single-Molecule Força Spectroscopy

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

NMR Spectroscopy as a Robust Tool for the Rapid Evaluation of the Lipid Profile of Fish Oil Supplements

The western diet is poor in n-3 fatty acids, therefore the consumption of fish oil supplements is recommended to increase the intake of these essential nutrients. The objective of this work is to demonstrate the qualitative and quantitative analysis of encapsulated fish oil supplements using high-resolution 1H and 13C NMR spectroscopy utilizing two different NMR instruments; a 500 MHz and an 850 MHz instrument. Both proton (1H) and carbon (13C) NMR spectra can be used for the quantitative determination of the major constituents of fish oil supplements. Quantification of the lipids in fish oil supplements is achieved through integration of the appropriate NMR signals in the relevant 1D spectra. Results obtained by 1H and 13C NMR are in good agreement with each other, despite the difference in resolution and sensitivity between the two nuclei and the two instruments. 1H NMR offers a more rapid analysis compared to 13C NMR, as the spectrum can be recorded in less than 1 min, in contrast to 13C NMR analysis, which lasts from 10 min to one hour. The 13C NMR spectrum, however, is much more informative. It can provide quantitative data for a greater number of individual fatty acids and can be used for determining the positional distribution of fatty acids on the glycerol backbone. Both nuclei can provide quantitative information in just one experiment without the need of purification or separation steps. The strength of the magnetic field mostly affects the 1H NMR spectra due to its lower resolution with respect to 13C NMR, however, even lower cost NMR instruments can be efficiently applied as a standard method by the food industry and quality control laboratories.

Here, high-resolution 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy was used as a rapid and reliable tool for quantitative and qualitative analysis of encapsulated fish oil supplements.

Espectroscopia de RMN como uma ferramenta robusta para a avaliação rápida do perfil lipídico do óleo de peixes suplementa

The western diet is poor in n-3 fatty acids, therefore the consumption of fish oil supplements is recommended to increase the intake of these essential ...

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have been thought of as a type of molecular information storage. Mass spectrometry analysis has been considered the method of choice for sequencing peptoids. Peptoids can be synthesized via solid phase chemistry using a repeating two-step reaction cycle. Here we present a method to manually synthesize oligo-peptoids and to analyze the sequence of the peptoids using tandem mass spectrometry (MS/MS) techniques. The sample peptoid is a nonamer consisting of alternating N-(2-methyloxyethyl)glycine (Nme) and N-(2-phenylethyl)glycine (Npe), as well as an N-(2-aminoethyl)glycine (Nae) at the N-terminus. The sequence formula of the peptoid is Ac-Nae-(Npe-Nme)4-NH2, where Ac is the acetyl group. The synthesis takes place in a commercially available solid-phase reaction vessel. The rink amide resin is used as the solid support to yield the peptoid with an amide group at the C-terminus. The resulting peptoid product is subjected to sequence analysis using a triple-quadrupole mass spectrometer coupled to an electrospray ionization source. The MS/MS measurement produces a spectrum of fragment ions resulting from the dissociation of charged peptoid. The fragment ions are sorted out based on the values of their mass-to-charge ratio (m/z). The m/z values of the fragment ions are compared against the nominal masses of theoretically predicted fragment ions, according to the scheme of peptoid fragmentation. The analysis generates a fragmentation pattern of the charged peptoid. The fragmentation pattern is correlated to the monomer sequence of the neutral peptoid. In this regard, MS analysis reads out the sequence information of the peptoids.

A protocol is described for the manual synthesis of oligo-peptoids followed by sequence analysis by mass spectrometry.

Síntese e análise de espectrometria de massa de Oligo-peptoids

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...