Multivalent nanoparticle interactions of membranes to design targeting systems for cells
Author
Svirelis, Justas
Term
4. term
Education
Publication year
2018
Pages
117
Abstract
Mange lægemiddelbærende nanopartikler er designet til at binde til specifikke receptorer i cellemembraner, men vi forstår endnu ikke fuldt ud, hvordan denne binding sker i praksis. Ofte fokuseres der på at sætte specifikke ligander på partiklerne, mens betydningen af uspecifikke kolloide kræfter (fx ladnings- og overfladeinteraktioner), som kan hjælpe eller modvirke bindingen, overses. Denne afhandling opstiller enkle modellsystemer, der gør det muligt at tolke, hvordan både specifik og uspecifik binding tilsammen påvirker nanopartiklers aviditet, dvs. den samlede bindingsstyrke fra mange samtidige kontakter. Vi brugte siliciumdioxid (silica) nanopartikler, som blev beklædt med et tyndt lipid-dobbeltlag ved at lade liposomer fusionere med partiklerne. Ved at ændre lipidsammensætningen kunne vi styre partiklernes interaktionspotentiale. Biotin-grupper blev indbygget i membranen i kontrollerede tætheder som en veldefineret model for specifik binding til avidin-proteiner. Kvaliteten af belægningen blev vurderet med dynamisk lysspredning og måling af zeta-potentiale, metoder der henholdsvis siger noget om partikelstørrelse og overfladeladning. På den baggrund blev en optimal belægningsprocedure udviklet. Derudover selvmonterede vi understøttede lipid-dobbeltlag og poly(ethylen-glycol) (PEG) overfladebelægninger på plane silica-sensorsubstrater med forskellige mængder immobiliseret avidin for at efterligne en cellemembran. Med kvarts-krystal-mikrovægt med dissipationsmåling (QCM-D) undersøgte vi, hvordan de lipid-beklædte silica-nanopartikler interagerede med disse overflader, så vi kunne skelne mellem specifik biotin–avidin-binding og uspecifik vedhæftning. Tilsammen giver disse modeller et grundlag for at forstå, hvordan både ligandreceptor-binding og uspecifikke kolloide kræfter bestemmer nanopartiklers samlede bindingsstyrke til membranreceptorer.
Many drug-delivery nanoparticles are designed to attach to specific receptors in cell membranes, but how this binding actually happens is not yet fully understood. Research often focuses on adding specific ligands to the particles, while the role of nonspecific colloidal forces (such as charge and surface interactions) that can help or hinder binding is overlooked. This thesis builds simple model systems to interpret how both specific and nonspecific interactions together shape nanoparticle avidity, that is, the overall binding strength arising from many simultaneous contacts. We used silica nanoparticles wrapped in a thin lipid bilayer by fusing liposomes with the particles. By varying the lipid composition, we tuned the particles’ interaction potential. Biotin groups were embedded in the membrane at controlled densities as a well-defined model for specific binding to avidin proteins. The coating quality was assessed by dynamic light scattering and zeta potential measurements, which report on particle size and surface charge, respectively. Based on these measurements, an optimal coating protocol was developed. We also self-assembled supported lipid bilayers and poly(ethylene glycol) (PEG) coatings on flat silica sensor surfaces with different amounts of immobilized avidin to mimic a cell membrane. Using Quartz Crystal Microbalance with Dissipation monitoring (QCM-D), we examined how the lipid-coated silica nanoparticles interacted with these surfaces, allowing us to distinguish specific biotin–avidin binding from nonspecific adhesion. Together, these models provide a basis for understanding how both ligand–receptor binding and nonspecific colloidal forces determine the overall avidity of nanoparticles toward membrane receptors.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents