Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Этот протокол описывает изготовление липосом и как они могут быть обездвижены на поверхности и изображены индивидуально в массивной параллельной манере с помощью флуоресценции микроскопии. Это позволяет количественно определить размер и композиционную неоднородность между отдельными липосонами населения.
Большинство исследований с использованием липосом в качестве мембранных систем модели или носителей доставки лекарств опирается на объемные методы чтения и, таким образом, внутренне предполагает, что все липосомы ансамбля будут идентичны. Тем не менее, новые экспериментальные платформы, способные наблюдать липосомы на уровне одной частицы, позволили провести высокосложные и количественные исследования по белково-мембрановым взаимодействиям или свойствам носителя наркотиков на отдельных липосомых, таким образом избегая ошибок из ансамбля усреднения. Здесь мы представляем протокол для подготовки, обнаружения и анализа отдельных липосом с помощью анализа микроскопии на основе флуоресценции, облегчая такие измерения одной частицы. Установка позволяет для визуализации отдельных липосом в массовом параллельном порядке и используется для выявления внутривыборных размеров и композиционных неоднородностей. Кроме того, протокол описывает преимущества изучения липосом на одном уровне липосомы, ограничения асссея, а также важные особенности, которые необходимо учитывать при его изменении для изучения других исследовательских вопросов.
Липосомы являются сферические фосфолипидные пузырьки, которые широко используются как в основных, так и в прикладных исследованиях. Они функционируют как отличные системы мембранной модели, потому что их физиохимические свойства можно легко манипулировать путем изменения липидных компонентов, составляющих липосому1,2. Кроме того, липосомы представляют собой наиболее часто используемую систему доставки лекарств, предлагая улучшенную фармакокинетику и фармакодинамику, а также высокую биосовместимость3.
На протяжении многих лет липосомы в основном изучались с использованием массовых методов, давая только доступ к среднему ансамблю считывание значений. Это привело большинство из этих исследований предположить, что все липосомы в ансамбле идентичны. Однако такие значения, усредненные по ансамблю, являются правильными только в том случае, если базовый набор данных равномерно распределен вокруг среднего значения, но может представлять собой ложное и предвзятое заключение, если набор данных включает, например, несколько независимых групп населения. Кроме того, предполагая, ансамбль означает представлять все население может игнорировать информацию, укрываемую в неоднородности между липосомы. Только недавно появились количественные анализы, которые способны зондировать одиночные липосомы, выявляя большие неоднородности между отдельными липосомы по отношению к важным физикохимическим свойствам, включая липосомы размер4, липидный состав5,6, и эффективность инкапсуляции7, подчеркивая важность изучения липосом на одном уровне липосомы.
Научно-исследовательская область, где ансамбль усреднения липосомсвойства было показано, что результаты смещения изучает липосома-зависимых белково-мембранных взаимодействий8,9. Традиционно, исследователи, изучающие такие процессы, были ограничены в подготовке липосом с различными средними диаметрами ансамбля экструзией через фильтры с различными размерами пор9. Тем не менее, извлечение диаметра отдельных липосом с помощью одной липосомы анализы выявили большие перекрытия населения, с липосомы экструдированные с помощью 100 нм и 200 нм фильтры отображения до 70% перекрытия в их размер распределения4. Это может серьезно смещения объемных измерений липосома размера-зависимых белково-мембранных взаимодействий10. Выполняя исследования взаимодействия мембраны и белка с использованием одного липосома анализ, исследователи вместо этого воспользовался размер-polydispersity в образце, что позволяет им изучать широкий спектр липосом диаметров в рамках каждого одного эксперимента, способствуя новым открытиям о том, как мембранная кривизна и состав может повлиять на набор белка в мембраны4,11,12. Еще одно поле, где применение одной липосомы анализы оказалось полезным в механистических исследованиях белка опосредованного мембранного слияния13,14. Для таких кинетических измерений, способность изучать индивидуальные события слияния смягчила необходимость экспериментальной синхронизации процесса синтеза, позволяя новые механистические идеи, которые в противном случае были бы потеряны в пространственно-временном усреднении сделано в объемных измерений ансамбля. Кроме того, одиночные липосомы были использованы в качестве мембраны эшафот, что позволяет измерения отдельных белков и предлагает новые знания о трансмембранных белков структурной динамики15,16. Кроме того, такие протеолипосомы на основе установок позволило изучить функции отдельных трансмемментов17 и порообразующих белковых комплексов18, а также механизм биоактивных мембранно-пермяковых пептидов19. Однолиповая липосома также использовалась в качестве нанофлюидики мягкой материи с поверхностно-обездвиженных одиночными липосомыми, выступающей в качестве камер для ферментативных реакций в объемах 10-19 л, увеличивая пропускную способность и сложность скрининговых анализов с минимальным потреблением продукта20.
В последнее время, один липосома анализы были использованы для характеристики доставки наркотиков липосомы на ранее unprecendented уровне детализации. Исследователям удалось количественно очислить значительные неоднородности в количестве полимера, прикрепленного к поверхности отдельных липосом21. Один липосомы анализы также позволили измерения доставки наркотиков липосомы в сложных средствах массовой информации, таких как плазма крови, показывая, как элементы, закрепленные на липосом поверхности через липидные якоря могут быть восприимчивы к диссоциации, когда липосомы подвергаются условиям, имитирующим тех, кто испытал во время циркуляции vivo22. В целом, универсальность и полезность одного липосома анализы обоснованы большое разнообразие проблем, эти установки были использованы для решения, и мы предусматриваем, что методология будет продолжать разрабатываться и найти применение в новых научных областях.
Здесь мы описываем флуоресценцию на основе одного липосомы анализ, который позволяет отдельных липосом, которые будут изучены в высокой пропускной форме (Рисунок 1). Чтобы проиллюстрировать метод, мы используем его для количественной оценки размера и композиционной неоднородности между отдельными липосонами в ансамбле. В анализе используется флуоресцентный микроскоп визуализации одной липосомы, обездвиженной на пассивной стеклянной поверхности. Сначала мы описываем критические шаги в процессе изготовления липосом, который обеспечивает надлежащую флуоресцентную маркировку липосом и иммобилизацию. Затем мы описываем поверхностный препарат, необходимый для облегчения липосомного иммобилизации, прежде чем с изложением процедуры обеспечения надлежащей плотности поверхности липосом. Мы обсуждаем параметры микроскопии, важные для получения высококачественных изображений, и разграничив, как выполнять простой анализ данных, позволяющий извить липосому и композиционную неоднородность. Этот общий протокол должен обеспечить хорошую основу для заинтересованного исследователя для дальнейшего развития ассседля для его или ее конкретных научных интересов.
1. Липосомная подготовка
ПРИМЕЧАНИЕ: Кратко, подготовка липосом обычно включает в себя три важнейших шага: 1) подготовка сухих липидных пленок желаемого липидного состава; 2) регидратация липидов для формирования липосом; и 3) контроль размера и ламелярности популяции липосом.
2. Подготовка поверхности камеры визуализации
3. Липосомомат иммобилизация
4. Приобретение изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел будет во многом зависеть от системы микроскопа, доступной исследователю, выполняющего эксперимент. Таким образом, будут описаны общие рекомендации о том, как выполнять изображения. Тем не менее, точные настройки и как их применять будет варьироваться между различными настройками микроскопа. Например, некоторые системы позволяют выбирать любую желаемую комбинацию эмиссионных фильтров, в то время как другие микроскопы оснащены специфическими, заданные фильтры.
5. Анализ данных
ПРИМЕЧАНИЕ: Специально разработанные автоматизированные 2D Гауссиан установки процедур ранее были использованы6,11,12. Однако для повышения применимости метода описывается процесс анализа данных, который может быть легко реализован во всех лабораториях.
6. Калибровка размеров липом
Следуя описанному протоколу, можно изображение отдельных липосом в массовом параллельном порядке(рисунок 1). Успешная поверхностная иммобилизация липосом должна быть немедленно очевидна при добавлении липосомного раствора в камеру (шаг 3.6 в протокол?...
Важно отметить, что в то время как мы подробно описываем, как один липосомы можно использовать для изучения композиционной неоднородности между отдельными липосомы, платформа очень универсальна. Как было показано ранее и обсуждается во введении, протокол может быть легко адаптирован ?...
Авторы не заявляют о конфликте интересов.
Эта работа была профинансирована Датским советом независимых исследований (грант No 5054-00165B).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
8-well microscopy slides (µ slides) | Ibidi | 80827 | Microscopy slides with glass bottom |
Avanti Mini Extrusion kit | Avanti Polar Lipids | 610000 | Consumables (Whatman filters) can be aquired from GE Healthcare |
BSA | Sigma | A9418 | |
BSA-Biotin | Sigma | A8549 | |
Cholesterol | Avanti Polar Lipids | 700000 | Traded trough Sigma |
Computer with FIJI (Fiji Is Just ImageJ) | ComDet plugin must be installed. Also, a data handling software (Excel, MatLab, OpenOffice, GraphPad Prism etc.) able to load .txt files will be needed to plot the data | ||
DOPE-Atto488 | Atto-Tech | AD488-165 | |
DOPE-Atto655 | Atto-Tech | AD655-165 | |
DOPE-PEG-Biotin | Avanti Polar Lipids | 880129 | Traded trough Sigma |
D-Sorbitol | Sigma | S-6021 | |
Freeze-dryer | e.g. ScanVac Coolsafe from Labogene | ||
Glass vials | Brown Chromatography | 150903 | Glass vials that can resist snap-freezing in liquid nitrogen. The 8 mL version of the vials has a size that also fits with the syringes of the extrusion kit |
HCl | Honeywell Fluka | 258148 | |
Heating bath | Capable of heating to minimum 65C | ||
Heating plate w. Magnet stirring | Capable of heating to minimum 65C | ||
HEPES | Sigma | H3375 | |
Liquid nitrogen | Including container for storage, e.g. Rubber-bath | ||
Magnetic stirring bars | VWR | 442-4520 (EU) | |
Microcentrifuge tubes 1.5 mL | Eppendorf | 0030 120.086 (EU) | |
Microscope | For the images in this protocol a Leica SP5 confocal microscope has been used | ||
Na HEPES | Sigma | H7006 | |
NaCl | Sigma | S9888 | |
NaOH | Honeywell Fluka | 71686 | |
POPC | Avanti Polar Lipids | 850457 | Traded trough Sigma |
Streptavidin | Sigma | S4762 | |
tert-Butanol (2-methyl-2-propanol) | Honeywell Riedel-de Haën | 24127 | |
Ultrapure water | e.g. MilliQ |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены