Name: covalent binding of bmp-2 on surfaces using a self-assembled monolayer approach
Uploaded: 2013-08-26T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach at JoVE.com

Wir danken Prof. JP Spatz (Institut für Biophysikalische Chemie, Universität Heidelberg und der Abteilung Neue Materialien und Biosysteme, Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Stuttgart) für die freundliche Unterstützung. Die finanzielle Unterstützung von der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG SFB/TR79 EAC-A.) Sind ebenfalls sehr anerkannt.

1. Synthese von 11-Mercaptoundecanoyl-N-hydroxysuccinimidester (MU-NHS) <ol><li> (Dimethylamino) pyridin in 10 ml Aceton (pa) und 1 g 11-Mercaptoundecansäure in 40 ml Dichlormethan (Pa) bei Raumtemperatur (RT) - eine Lösung von 500 mg N-Hydroxysuccinimid und 30 mg 4 hinzuzufügen. </li><li> Die Reaktion wird auf 0 ° C gekühlt und tropfenweise mit 1,1 g N, N &#39;-Dicyclohexylcarbodiimid in 10 ml Dichlormethan (unter Stickstoffatmosphäre). Halten Sie die Reaktion bei niedriger Temperatur...

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	<li>Helm, G., Andersson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Summary+statement:+Bone+morphogenetic+proteins:+Basic+science.">Summary statement: Bone morphogenetic proteins: Basic science.</a> Spine. 27 (16S), S9 (2002).</li><li>Hogan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+proteins:+multifunctional+regulators+of+vertebrate+development.">Bone morphogenetic proteins: multifunctional regulators of vertebrate development.</a> Genes Dev. 10 (13), 1580-1594 (1996).</li><li>Reddi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BMPs:+from+bone+morphogenetic+proteins+to+body+morphogenetic+proteins.">BMPs: from bone morphogenetic proteins to body morphogenetic proteins.</a> Cytokine Growth Factor Rev. 16, 249-250 (2005).</li><li>Rengachary, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+proteins:+basic+concepts.">Bone morphogenetic proteins: basic concepts.</a> Neurosurg Focus. 13 (6), 1-6 (2002).</li><li>Schlunegger, M., Gru&#776;tter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+unusual+feature+revealed+by+the+crystal+structure+at+2.2+&#197;;+resolution+of+human+transforming+growth+factor-&#946;2.">An unusual feature revealed by the crystal structure at 2.2 &#197;; resolution of human transforming growth factor-&#946;2.</a> Nature. 358, 430-434 (1992).</li><li>Scheufler, C., Sebald, W., Hu&#776;lsmeyer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+human+bone+morphogenetic+protein-2+at+2.7+&#197;+resolution.">Crystal structure of human bone morphogenetic protein-2 at 2.7 &#197; resolution.</a> J. Mol. Biol. 287 (1), 103-115 (1999).</li><li>Nimni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polypeptide+growth+factors:+targeted+delivery+systems.">Polypeptide growth factors: targeted delivery systems.</a> Biomaterials. 18 (18), 1201-1225 (1997).</li><li>Wozney, J., Rosen, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+protein+and+bone+morphogenetic+protein+gene+family+in+bone+formation+and+repair.">Bone morphogenetic protein and bone morphogenetic protein gene family in bone formation and repair.</a> Clin. Orthop. Related Res. 346, 26 (1998).</li><li>Rosen, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BMP+and+BMP+inhibitors+in+bone.">BMP and BMP inhibitors in bone.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1068, 19-25 (2006).</li><li>Kirsch, T., Sebald, W., Dreyer, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+the+BMP-2-BRIA+ectodomain+complex.">Crystal structure of the BMP-2-BRIA ectodomain complex.</a> Nat. Struct. Biol. 7 (6), 492-496 (2000).</li><li>Keller, S., Nickel, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+recognition+of+BMP-2+and+BMP+receptor+IA.">Molecular recognition of BMP-2 and BMP receptor IA.</a> Nat. Struct. Mol. Biol. 11 (5), 481-488 (2004).</li><li>Miyazono, K., Maeda, S., Imamura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BMP+receptor+signaling:+transcriptional+targets,+regulation+of+signals,+and+signaling+cross-talk.">BMP receptor signaling: transcriptional targets, regulation of signals, and signaling cross-talk.</a> Cytokine Growth Factor Rev. 16 (3), 251-263 (2005).</li><li>Nohe, A., Hassel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mode+of+bone+morphogenetic+protein+(BMP)+receptor+oligomerization+determines+different+BMP-2+signaling+pathways.">The mode of bone morphogenetic protein (BMP) receptor oligomerization determines different BMP-2 signaling pathways.</a> J. Biol. Chem. 277 (7), 5330-5338 (2002).</li><li>Sieber, C., Kopf, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+BMP+receptor+signaling.">Recent advances in BMP receptor signaling.</a> Cytokine Growth Factor Rev. 20 (5-6), 343-355 (2009).</li><li>Carragee, E. J., Hurwitz, E. L., Weiner, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+review+of+recombinant+human+bone+morphogenetic+protein-2+trials+in+spinal+surgery:+emerging+safety+concerns+and+lessons+learned.">A critical review of recombinant human bone morphogenetic protein-2 trials in spinal surgery: emerging safety concerns and lessons learned.</a> Spine J. 11, 471-491 (2011).</li><li>Luginbuehl, V., Meinel, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localized+delivery+of+growth+factors+for+bone+repair.">Localized delivery of growth factors for bone repair.</a> Eur. J. Pharm. Biopharm. 58 (2), 197-208 (2004).</li><li>Nakaji-Hirabayashi, T., Kato, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oriented+immobilization+of+epidermal+growth+factor+onto+culture+substrates+for+the+selective+expansion+of+neural+stem+cells.">Oriented immobilization of epidermal growth factor onto culture substrates for the selective expansion of neural stem cells.</a> Biomaterials. 28 (24), 3517-3529 (2007).</li><li>Gon&#231;alves, R., Martins, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioactivity+of+immobilized+EGF+on+self-assembled+monolayers:+Optimization+of+the+immobilization+process.">Bioactivity of immobilized EGF on self-assembled monolayers: Optimization of the immobilization process.</a> J. Biomed. Mater. Res. Part A. 94A. 2 (2), 576-585 (2010).</li><li>Pohl, T. L. M., Boergermann, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+immobilization+of+bone+morphogenetic+protein+2+via+a+self-assembled+monolayer+formation+induces+cell+differentiation.">Surface immobilization of bone morphogenetic protein 2 via a self-assembled monolayer formation induces cell differentiation.</a> Acta Biomater. 8 (2), 772-780 (2012).</li><li>Love, J., Estroff, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+monolayers+of+thiolates+on+metals+as+a+form+of+nanotechnology.">Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology.</a> Chem. Rev. 105 (4), 1103-1169 (2005).</li><li>Katagiri, T., Yamaguchi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+protein-2+converts+the+differentiation+pathway+of+C2C12+myoblasts+into+the+osteoblast+lineage.">Bone morphogenetic protein-2 converts the differentiation pathway of C2C12 myoblasts into the osteoblast lineage.</a> J. Cell Biol. 127 (6), 1755-1766 (1994).</li><li>Whitaker, M. J., Quirk, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+factor+release+from+tissue+engineering+scaffolds.">Growth factor release from tissue engineering scaffolds.</a> J. Pharm. Pharmacol. 53 (11), 1427-1437 (2001).</li><li>Uludag, H., D'Augusta, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantation+of+recombinant+human+bone+morphogenetic+proteins+with+biomaterial+carriers:+a+correlation+between+protein+pharmacokinetics+and+osteoinduction+in+the+rat+ectopic+model.">Implantation of recombinant human bone morphogenetic proteins with biomaterial carriers: a correlation between protein pharmacokinetics and osteoinduction in the rat ectopic model.</a> J. Biomed. Mater. Res. 50 (2), 227-238 (2000).</li><li>Kashiwagi, K., Tsuji, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+BMP-2+for+functionalization+of+titanium+surfaces.">Directional BMP-2 for functionalization of titanium surfaces.</a> Biomaterials. 30 (6), 1166-1175 (2008).</li><li>Karageorgiou, V., Meinel, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+morphogenetic+protein-2+decorated+silk+fibroin+films+induce+osteogenic+differentiation+of+human+bone+marrow+stromal+cells.">Bone morphogenetic protein-2 decorated silk fibroin films induce osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells.</a> J. Biomed. Mater. Res. 71 (3), 528-573 (2004).</li><li>Rose, F. R. A. J., Hou, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delivery+systems+for+bone+growth+factors+-+the+new+players+in+skeletal+regeneration.">Delivery systems for bone growth factors - the new players in skeletal regeneration.</a> J. Pharm. Pharmacol. 56 (4), 415-427 (2004).</li><li>Masters, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+growth+factor+immobilization+strategies+for+tissue+repair+and+regeneration.">Covalent growth factor immobilization strategies for tissue repair and regeneration.</a> Macromol. Biosci. 11 (9), 1149-1163 (2011).</li><li>Crouzier, T., Fourel, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presentation+of+BMP-2+from+a+soft+biopolymeric+film+unveils+its+activity+on+cell+adhesion+and+migration.">Presentation of BMP-2 from a soft biopolymeric film unveils its activity on cell adhesion and migration.</a> Adv. Mater. 23 (12), H111-H118 (2011).</li><li>Ruppert, R., Hoffmann, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+bone+morphogenetic+protein+2+contains+a+heparin-binding+site+which+modifies+its+biological+activity.">Human bone morphogenetic protein 2 contains a heparin-binding site which modifies its biological activity.</a> European Journal of Biochemistry. 237 (1), 295-302 (1996).</li><li>Love, J., Estroff, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+monolayers+of+thiolates+on+metals+as+a+form+of+nanotechnology.">Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology.</a> Chem. Rev. 105 (4), 1103-1169 (2005).</li><li>Kato, K., Sato, H., Iwata, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+histidine-tagged+recombinant+proteins+onto+micropatterned+surfaces+for+cell-based+functional+assays.">Immobilization of histidine-tagged recombinant proteins onto micropatterned surfaces for cell-based functional assays.</a> Langmuir. 21 (16), 7071-7075 (2005).</li><li>Martins, M., Curtin, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecularly+designed+surfaces+for+blood+deheparinization+using+an+immobilized+heparin-binding+peptide.">Molecularly designed surfaces for blood deheparinization using an immobilized heparin-binding peptide.</a> J. Biomed. Mater. Res. 88 (1), 162-173 (2009).</li><li>Limbut, W., Kanatharana, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+capacitive+immunosensors+based+on+self-assembled+monolayers+formed+from+thiourea,+thioctic+acid,+and+3-+mercaptopropionic+acid.">A comparative study of capacitive immunosensors based on self-assembled monolayers formed from thiourea, thioctic acid, and 3- mercaptopropionic acid.</a> Biosens. Bioelectron. 22 (2), 233-240 (2006).</li><li>Patel, N., Davies, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+protein+molecules+onto+homogeneous+and+mixed+carboxylate-terminated+self-assembled+monolayers.">Immobilization of protein molecules onto homogeneous and mixed carboxylate-terminated self-assembled monolayers.</a> Langmuir. 13 (24), 6485-6490 (1997).</li><li>Hu, J., Duppatla, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-specific+PEGylation+of+bone+morphogenetic+protein-2+cysteine+analogues.">Site-specific PEGylation of bone morphogenetic protein-2 cysteine analogues.</a> Bioconjug. Chem. 21 (10), 1762-1772 (2010).</li><li>Hersel, U., Dahmen, C., Kessler, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RGD+modified+polymers:+biomaterials+for+stimulated+cell+adhesion+and+beyond.">RGD modified polymers: biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond.</a> Biomaterials. 24 (24), 4385-4415 (2003).</li><li>Cao, T., Wang, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+spacer+length+effect+on+immobilized+Escherichia+coli+pili-antibody+molecular+recognition+by+AFM.">Investigation of spacer length effect on immobilized Escherichia coli pili-antibody molecular recognition by AFM.</a> Biotechnol. Bioeng. 98 (6), 1109-1122 (2007).</li><li>Puleo, D., Kissling, R., Sheu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technique+to+immobilize+bioactive+proteins,+including+bone+morphogenetic+protein-4+(BMP-4),+on+titanium+alloy.">A technique to immobilize bioactive proteins, including bone morphogenetic protein-4 (BMP-4), on titanium alloy.</a> Biomaterials. 23 (9), 2079-2087 (2002).</li></ol>

In diesem Protokoll beschreiben wir die Herstellung von Oberflächen mit bioaktiven rhBMP-2 funktionalisiert ist. Dieser Ansatz weist zwei Schritte auf: 1) die anfängliche Bildung einer selbstorganisierenden Monoschicht (SAM) eines bifunktionellen Linkers an der Goldoberfläche, 2) kovalente Immobilisierung von rhBMP-2-Proteins. In früheren Arbeiten, validiert man die effektive Bindung des bifunktionellen Linker und dem Wachstumsfaktor, und zeigten, dass auf der Oberfläche immobilisierten rhBMP-2 behält seine biolog...

Morphogenetisches Knochenprotein 2 (BMP-2) ist ein Mitglied der transformierenden Wachstumsfaktor (TGF-β)-Familie und als Induktor der de novo Knochenbildung sowie Regulator mehreren Geweben während der embryonalen Entwicklung und Homöostase Erwachsenen 1-3. Jedes Monomer des biologisch aktiven homodimeren BMP-2-Protein enthält eine &quot;Cystein-Knoten&quot;-Motiv, das in allen hoch BMPs 4 konserviert ist. Sechs der sieben Cysteinreste eine intramolekulare Disulfidbindungen bilden, die jedes Monomer zu stabilisieren, während der siebte Cystein an der Dimerisierung beteiligt sind, die einen intermolekularen Bindung zwischen den beiden Monomeren 5,6. Diese hochkonservierten Cystein-Knoten definiert, die die dreidimensionale Struktur des BMP-2-Protein bestimmt und seine einzigartigen Eigenschaften, wie Beständigkeit gegen Hitze, Denaturierungsmittel und sauren pH 7-9. BMP-2-Bindung an Serin / Threonin-Kinase-Transmembran-Rezeptoren, wodurch die Signaltransduktion zu induzieren <sup&gt; 12.10. Abhängig von der Art der Rezeptoroligomerisation werden unterschiedliche Signalwege aktiviert: ein Smad-unabhängige Signalkaskade führt zu der alkalischen Phosphatase-Induktions über p38-Signalisierung, während ein Smad-abhängigen Weg durch Rezeptor-Phosphorylierung führt Smad-Komplex nukleäre Translokation und Aktivierung der Transkription von Aktiv spezifischer Zielgene, wie z. B. der Inhibitor der Differenzierung (Id) 12-14. In Knochen, BMP-2 induziert die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen zu Osteoblasten, wodurch die Stimulierung der Heilung und de novo-Knochenbildung. Derzeit rekombinant exprimierten BMP-2 ist klinisch angewendet, um die Heilung von gebrochenen Seiten zu verbessern. Eine übliche Strategie im Knochengewebe ist der Einsatz von injizierbaren Wachstumsfaktoren, die zum lokalen Abgabesystemen weniger invasiv ist. In vivo-Studien und klinische Anwendungen haben gezeigt, dass die kurze biologische Halbwertszeit, unspezifische locsierung und schnelle lokale Clearance von BMP-2 kann sich auf mehrere lokale und systemische Probleme Eileiter 15 führen. Daher ist notwendig für die örtliche verzögerte Abgabe an der Zielstelle, um eine effektive Präsentation, das Einschließen oder Immobilisierung von BMP-2 in oder an Materialien zu erhalten. Anhaltende Abgabe kann mit nicht-kovalente Retentions Ansätze wie physikalischen Einschluß, Adsorption oder Ionenkomplex 16 erreicht werden. Es ist jedoch bekannt, dass unspezifische Adsorption von Proteinen an Oberflächen können die Ergebnisse in eine Denaturierung der Moleküle 17. Für die kovalente Bindung von Wachstumsfaktoren, wurden verschiedene Typen von Trägern in den letzten zehn Jahren entwickelt worden. Die Verwendung von bifunktionellen Verknüpfungsmoleküle, die Amino-oder Carboxylgruppen des Proteins beispiels Ziel ist eine Art von Ansatz, der nicht unbedingt erforderlich ist Proteinmodifikation seiner Immobilisierung zu erreichen. In der Tat bietet, während die Proteinmodifikation Vorteil der Steuerung Proteinorientierung,die Einführung der künstlichen Domänen-, Peptid-Tags und ortsspezifische Ketten verändern die biologische Aktivität von Wachstumsfaktoren 17. Somit, um die Denaturierung aufgrund der Wechselwirkung mit dem Trägermaterial zu umgehen, Oberflächen vorher funktionalisiert werden, beispielsweise mit einer selbstorganisierten Monoschicht (SAM) eines Verbindungsmoleküls, gefolgt von der Kopplung des gewünschten Faktor 18. Wir haben eine SAM-Ansatz, indem sie auf seiner freien Aminreste verwendet werden, um kovalent immobilisieren BMP-2 auf eine Oberfläche und haben gezeigt, dass das Protein immobilisiert sowohl die kurz-und langfristigen biologischen Aktivität 19 behält. Dieses Protokoll stellt eine einfache und effiziente Möglichkeit, BMP-2-Zellen für in vitro-Untersuchungen über die Mechanismen, die an der Zellmembran auf und regulieren intrazellulären Signalisierung für osteogene Signalisierung verantwortlich zu liefern.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Material/ Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-hydroxysuccinimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>130672</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(dimethylamino)pyridin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>522805</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>AppliChem</td>
			<td>A2282</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>11-mercaptoundecanoic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>674427</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichlormethane</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#39;-dicyclohexylcarbodiimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D80002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petroleum benzene</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass coverslips</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>M 875</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylacetate</td>
			<td>AppliChem</td>
			<td>A3550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>4627</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethylformamide</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>T921</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>rhBMP-2</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>355-BM</td>
			<td>Carrier-free; expressed in E.coli</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>PAA</td>
			<td>H15-002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>HN00.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(dimethyl siloxane) (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard 184 silicone elastomer kit</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-rhBMP-2</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B9553</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-mouse IgG-HRP</td>
			<td>Santa Cruz</td>
			<td>sc-2005</td>
			<td>Secondary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampliflu Red assay</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>90101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM) (1x), liquid</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>41966</td>
			<td>High glucose</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F7524</td>
			<td>Sterile filtered, cell culture tested</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen/Strep</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin 0.05% (1x) with EDTA 4Na</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine (0.1 M)</td>
			<td>Riedel-de Ha&#235;n</td>
			<td>33226</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IGEPAL CA-630 (1%)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>I8896</td>
			<td>Lysis buffer (ALP assay)19</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride (MgCl2)(1 mM)</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>HNO3.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc chloride (ZnCl2) (1 mM)</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>3533.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-nitrophenylphosphate (pNPP)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S0942</td>
			<td>Phosphatase substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-mysin heavy chain (MHC)</td>
			<td>Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa</td>
			<td>MF20</td>
			<td>Monoclonal antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 Goat anti-mouse IgG</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D9542</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrsonic bath (Sonorex Super RK 102H), Frequency 35 kHz</td>
			<td>BANDELIN electronic GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MED 020 Sputtercoating system</td>
			<td>BAL-TEC AG</td>
			<td></td>
			<td>Coating conditions 
			Cr: 120 mA, 1.3 x 10-2 mbar, 30 sec 
			Au: 60 mA, 5.0 x 10-2 mbar, 45 sec</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tecan Infinite M200 Plate reader</td>
			<td>Tecan</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

covalent binding of bmp-2 on surfaces using a self-assembled monolayer approach

Morphogenetisches Knochenprotein 2 (BMP-2) ist ein Wachstumsfaktor in der extrazellulären Matrix von Knochengewebe eingebettet ist. BMP-2 fungiert als Auslöser von mesenchymalen Zelldifferenzierung zu Osteoblasten und stimulieren damit Heilung und de novo Knochenbildung. Der klinische Einsatz von rekombinanten humanen BMP-2 (rhBMP-2) in Verbindung mit den letzten Gerüsten hat Kontroversen angehoben, bezogen auf die Darstellungsweise und die Menge geliefert werden. Die hier vorgestellten Protokoll bietet eine einfache und effiziente Möglichkeit, BMP-2 in vitro-Untersuchungen an Zellen zu liefern. Wir beschreiben, wie eine selbstorganisierte Monoschicht, die aus einem heterobifunktionellen Linkers zu bilden, und zeigen die nachfolgende Bindungsschritt, um eine kovalente Immobilisierung von rhBMP-2 zu erhalten. Mit diesem Ansatz ist es möglich, eine anhaltende Präsentation von BMP-2 bei gleichzeitiger Beibehaltung der biologischen Aktivität des Proteins. In der Tat wird die Oberfläche Immobilisierung von BMP-2 können gezielte Untersuchungen durch Verhinderung unspezifischer AnzeigenDesorption, während die Verringerung der Menge an Wachstumsfaktor und, vor allem, behindern unkontrollierten Freisetzung von der Oberfläche. Beide kurz-und langfristigen Signalereignisse von BMP-2 ausgelöst stattfinden, wenn die Zellen auf Oberflächen präsentiert kovalent immobilisierten rhBMP-2 ausgesetzt, so dass dieser Ansatz geeignet für in-vitro-Studien an Zell-Antworten auf BMP-2 Stimulation.

In unserem Aufbau wurde Gold als Hilfsstoff gewählt, da es eine biologisch unspezifische aber chemisch abstimmbaren System. Darüber hinaus ist die Anwendung von selbstorganisierenden Monoschichten bringt viele Vorteile: SAMs adsorbieren spontan über ihre &quot;head-Gruppen&quot; auf Metalle und Form Monoschichten mit wenigen Fehlern, während ihre funktionellen Endgruppen kann weiter modifiziert werden. Somit stellen sie eine Plattform, um die Eigenschaften der Oberfläche in einer kontrollierten Art und Weise aber s...

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Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach

Wir beschreiben ein Verfahren zum Erreichen effizienten Immobilisierung von BMP-2 auf die Oberflächen. Unser Ansatz beruht auf der Bildung einer selbstorganisierten Monoschicht, um die kovalente Bindung des BMP-2 mit seinem freien Aminresten zu erreichen basiert. Dieses Verfahren ist ein nützliches Werkzeug, um Signalisierung auf der Zellmembran zu studieren.

Die kovalente Bindung von BMP-2 auf Oberflächen mit einem selbstorganisierten Monoschicht-Ansatz

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell ...

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Covalent Bonding and Structure

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Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants

Abhängigkeit der Laser-induzierten Breakdown Spectroscopy Ergebnisse auf Pulsenergien und Timing-Parameter Mit Boden Simulanten

The  dependence of some LIBS detection capabilities on lower pulse energies (&lt;100  mJ) and timing parameters were examined using synthetic silicate ...

Forschung

Chemie

Stabilizing Hepatocellular Phenotype Using Optimized Synthetic Surfaces

Stabilisierung Leberzell Phänotyp mit optimierten Surfaces

Currently, one of the major limitations in cell biology is maintaining differentiated cell phenotype. Biological matrices are commonly used for culturing ...

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

Eine inverse Analyse Ansatz zur Charakterisierung von chemischen Transport in Farben

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

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Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

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Facile Herstellung von Intern Selbstorganisierte Lipidpartikel stabilisiert durch Kohlenstoff-Nanoröhren

We present a facile method to prepare nanostructured lipid particles stabilized by carbon nanotubes (CNTs). Single-walled (pristine) and multi-walled ...

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Hochstabile, funktionelle Hairy Nanopartikel und Biopolymere aus Holzfasern für eine nachhaltige Nanotechnologie

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While ...

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Mikrofluidische Synthese von kovalenten organischen Frameworks (COFs): Ein Werkzeug zur kontinuierlichen Produktion von COF-Fasern und Direktdruck auf einer Oberfläche

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The ...

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