| Přispěvatelé: |
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry, Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, kemian laitos, Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, kemiska institutionen, Lynen, Frederic |
| Popis: |
This doctoral thesis focuses on the development of miniaturized biosensing systems for the study of biomolecular interactions. Acoustic biosensor quartz crystal microbalance (QCM), partial filling affinity capillary electrophoresis (PF-ACE), and open-tubular capillary electrochromatography (OT-CEC) were developed to allow study of interactions between glycosaminoglycans and lipoproteins, which are responsible for the accumulation of low density lipoprotein (LDL) on the arterial wall. The first step was to develop suitable coating methods for the immobilization of selected glycosaminoglycans on chip and capillary surfaces and to develop a neutral capillary surface for PF-ACE studies. Evaluation of different coating procedures demonstrated the significance of the procedure for the successful outcome of biological interaction studies. With suitable platforms available for the instrumental techniques in question, studies of interactions between glycosaminoglycans and lipoprotein particles were carried out to evaluate the strength of the binding processes. Affinity constants, retention factors, and reduced mobilities were measured. Since the commonly used approaches typically allow only the strongest binding site of the system to be determined, the scope of the investigation was broadened by introducing adsorption energy distribution (AED) calculations in the processing of QCM and PF-ACE data. Finally, molecular dynamics (MD) simulations were used as a supportive tool to visualize and study interactions at the atomic level. In addition, microscale thermophoresis, a relatively new technique, was used to complement and support some of the experimental studies. The results obtained by QCM methods, PF-ACE, OT-CEC, and MD simulations were in good agreement. Even minor changes in the binding process could be visualized by exploiting AED calculations in the data processing step. The main advantages of all three experimental methods were low sample consumption, relatively fast analysis times, and the possibility to evaluate the heterogeneity of the interactions. The findings of the work demonstrate the great potential of the developed biosensing systems for biomolecular interaction and biomimicking studies. Of particular interest is the availability of information on heterogeneous reactions when AED calculations are applied in the interpretation of QCM and PF-ACE results. Modernien bioanalyyttisten menetelmien ja systeemien kehitys biomolekyylien välisten vuorovaikutusten tutkimuksessa Pääpaino tässä väitöskirjatutkimuksessa on miniaturisoitujen analyysimenetelmien kehittäminen erilaisten biologisten vuorovaikutusten tutkimukseen. Tutkimuksessa hyödynnettiin kvartsikidemikrovaakaa ja erilaisia kapillaarielektromigraatiotekniikoita vuorovaikutusten voimakkuutta ja heterogeenisyyttä arvioitaessa. Uusien analyysimenetelmien kysyntä on suurta biokemiassa, biotekniikassa ja lääketieteellisissä tutkimuksissa. Miniaturisoitujen tekniikoiden etuina verrattuna tavanomaisesti käytettyihin tekniikoihin ovat pienet näyte- ja reagenssimäärät sekä nopea analyysiaika. Biologisten vuorovaikutusten tutkimista hyödynnetään erilaisten sairauksien etenemiseen vaikuttavien tekijöiden arvioimiseen. Tässä tutkimuksessa keskityttiin valtimonrasvoittumistautiin ja sen kehittymiseen liittyviin lipoproteiinien ja solun väliaineen välisiin vuorovaikutuksiin. Tutkimuksen ensimmäinen vaihe oli kehittää sopivia analyyttisia menetelmiä, jotka sallivat biomolekyylien analysoinnin ilman häiriötekijöitä. Lipoproteiinien ja solun väliaineen välisien vuorovaikutusten tutkimisessa hyödynnettiin erilaisia kokeellisia menetelmiä sekä matemaattisten lähestymistapojen yhdistämistä tulosten käsittelyyn, joka mahdollistaa heterogeenisten vuorovaikutusten tutkimisen entistä tarkemmin. Tutkimustulokset osoittivat että nämä menetelmät pystyvät erottamaan jopa hyvin pieniä muutoksia biomolekyylien vuorovaikutuksissa, jotka voivat aiheutua esimerkiksi mutaation seurauksena. Samalla saadut tulokset näyttivät miniaturisoitujen analyysimeneltemien suuren potentiaalin erilaisten sairauksien mekanismien tutkimisessa. |
