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Control of Specific Cell Response with Strongly Correlated Functional Domains Embedded in Supported Membranes

Kaindl, Thomas

German Title: Kontrolle von spezifischen Zellreaktionen vermittelt durch stark korrelierte funktionelle Domänen eingebettet in festkörpergestützte Modellmembranen

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Abstract

Highly uniform and strongly correlated domains of synthetic, fluorinated lipids were incorporated into solid supported lipid membranes. The systematic characterization of variable fluorinated lipid domains revealed a significant dependence of the equilibrium radius of domains on the length of fluorocarbon chains. This can be quantitatively explained within the theoretical framework of an equivalent dipole model. An analysis of the mono–dispersive domains with narrow size distributions and the precise determination of molecular structure parameters with grazing–incidence X-ray diffraction measurements enabled treatment of the inter–domain correlations as two–dimensional colloidal crystallization and calculation of the potential of mean force. Furthermore, the head groups of fluorinated lipids can be modified with alpha –D–mannose and the specific ligand for an apoptosis receptor (CD95L). Both biofunctional molecules attached to the membranes showed specific interactions with target cells, revealing a significant influence of the lateral confinement of domains on the dynamic spreading of macrophages and cancer cell apoptosis. The obtained results demonstrate that synthetically designed lipid anchors can be used as building blocks to create biofunctional micro-/nano- domains for the quantitative regulation of the static and dynamic behavior of cells.

Translation of abstract (German)

Höchst gleichförmige und stark korrelierte Domänen, bestehend aus vollständig fluorinierten Lipiden, wurden in Festkörpergestütze Lipidmembranen eingebaut. Die systematische Charakterisierung der fluorinierten Lipide zeigte eine signifikante Abhängigkeit des Domänengleichgewichtsradius von der Länge der Fluorkohlenstoffketten. Dies konnte im Rahmen der gleichwertigen Dipolmomentstheorie quantitativ erklärt werden. Eine Analyse der gleichverteilten Domänenmit enger Größenverteilung und die präzise Bestimmung von molekularen Strukturparametern durch Röntgen-Beugungsmessungen unter streifendem Einfall ermöglichte es, die Korrelationen zwischen den Domänen als eine zwei-dimensionale Kristallisation von Kolloiden zu behandeln. Weiterhin konnten die Kopfgruppen der fluorinierten Lipide mit alpha -D-Mannose und einem spezifischen Liganden eines Apoptose verursachenden Rezeptors (CD95L)modifiziert werden. Beide biofunktionale, in die Membran eingebundene Moleküle zeigten spezifische Wechselwirkungen mit ausgewählten Zellen, die einen eindeutigen Einfluss der örtlichen Eingrenzung von Domänen auf das dynamische Ausbreiten von Makrophagen und der Apotose von Krebszellen haben. Die gewonnenen Ergebnisse verdeutlichen, dass synthetisch entwickelte Lipidanker als Grundbausteine zur Bildung von biofunktionalen Mikro- und Nano-Domänen benutzt werden können, um somit das statische und dynamische Zellverhalten eindeutig zu regulieren.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Tanaka, Prof. Dr. Motomu
Date of thesis defense: 2 February 2011
Date Deposited: 07 Feb 2011 16:08
Date: 2011
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Physical Chemistry
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Biomembran, Lipide, Strukturbildung, Röntgenstreuung, Zelladhäsion, Apoptosis
Uncontrolled Keywords: biomembrane , lipids , pattern formation , X-ray scattering , cell adhesion
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