细胞是生命活动的基本单位,生物体的一切生命现象都是细胞活动的体现。细胞内的这些活动精细而复杂,因此为研究生命过程,能模拟细胞结构和功能的人造细胞应运而生。近日,哈尔滨工业大学韩晓军教授(点击查看介绍)团队结合微接触剥离技术和电形成方法制备了巨型磷脂囊泡(GUV)阵列,并在阵列中载入羧基荧光素(CF)、DNA和HRP等生物分子,构建单室人造细胞阵列,来研究物质的跨膜运输和细胞新陈代谢功能。
GUV由于具有与细胞膜相似的磷脂双分子层结构,与细胞相似的尺寸,因此被广泛应用于细胞融合、基因表达、蛋白质合成和真核细胞的模拟等研究中。基于GUV的研究大多在溶液中进行的,由于流体流动的干扰,GUV不易被捕获,难以一次性获得足够的测量样本用于统计分析。因此,GUV微阵列的发展为避免这种缺憾提供了一种的新的策略。目前鲜有GUV被固定到基底上形成阵列的报道。韩晓军教授团队构建了GUV阵列并以此为细胞模型,展开了一系列的研究工作。
结合微接触剥离技术和电形成方法,利用点面电极与聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)印章可制备出附着于基底的GUV阵列。GUV的尺寸与剥离步骤所用的PDMS印章特征尺寸相近,通过PDMS印章的尺寸可以控制GUV阵列的尺寸,20、50和85 μm的印章制备出的GUV直径分别为27.87 ± 2.22 µm、64.06 ± 3.08 µm和82.25 ± 5.76 µm。不同种类的磷脂或三元混合磷脂都可以采用该发制备出GUV阵列,其中DOPC GUV阵列效果最好,可作为细胞模型进行后续研究。GUV阵列可装载DNA等生物分子,用于研究物质的跨膜运输和模拟细胞代谢。GUV内羧基荧光素CF的扩散程度受蜂毒素浓度的影响,当蜂毒素浓度分别为0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 μM时,CF的扩散系数(D)分别为 0.37× 10-11、0.36 × 10-11、0.54 × 10-11、1.10 × 10-11、1.74 × 10-11、2.31 × 10-11、3.62 × 10-11 m2/s。将辣根过氧化物酶(HRP)负载于GUV阵列中可用于模拟细胞代谢反应,底物H2O2和o-PD成功地扩散至GUV内部发生反应,产生了荧光物质2,3-二氨基吩嗪(2,3-DAP)。利用该方法制备出的GUV阵列在人造细胞的研究方面具有良好的应用前景。
这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上。
该论文作者为:Chuntao Zhu, Qingchuan Li, Mingdong Dong, Xiaojun Han
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Giant Unilamellar Vesicle Microarrays for Cell Function Study
Anal. Chem., 2018, 90, 14363–14367, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b03825
韩晓军教授简介
韩晓军,教授,博士生导师, 英国皇家化学会会士(Fellow of the Royal Society of Chemistry, FRSC),教育部化工类专业教学指导委员会委员,新世纪优秀人才,黑龙江省杰出青年科学基金获得者。
多年从事人造细胞相关领域研究,近年来以唯一通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.(2017, 139, 9955-9960),Adv. Mater. (2018, 30, 1707482),Cell子刊iScience (2018, 8, 138-147),ACS Nano (2014, 8, 3961–3969),Adv. Funct. Mater.(2012, 22, 4533–4538)等刊物上发表论文多篇。迄今发表SCI论文130余篇,获得授权国家发明专利37项,独立撰写“十二五”国家重点图书1部。
韩晓军
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