Quantifizierung von Kohlenhydrat basierten Ligand/Rezeptorbindungen an weichen Hydrogel-oberflächen mittels Soft Colloidal Probe AFM

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biomaterialien ; Biophysik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233437216

Ligand/Rezeptor (L/R) -Wechselwirkungen sind entscheidend an grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt, sie steuern beispielsweise zelluläre Erkennungs- und Signalprozesse. Auch bei der Materialentwicklung für die Biomedizin werden vermehrt Liganden-funktionalisierte Oberflächen eingesetzt, um z.B. eine bestimmte therapeutische Wirkung zu erzielen. Für Neuentwicklungen in diesem Bereich ist jedoch ein erweitertes physikalisch-chemisches Verständnis der L/R-Interaktion insbesondere an synthetischen Hydrogeloberflächen nötig. Beispielsweise ist an weichen, thermisch fluktuierenden Hydrogeloberflächen mit kooperativen Bindungseffekten zu rechnen, was bisher jedoch noch nicht experimentell nachgewiesen wurde.Im Rahmen dieses Projektes soll daher eine neue kraftmikroskopische Methode zur Bestimmung der Bindungsenergien von L/R-Oberflächen mit weichen Sonden, den 'Soft Colloidal Probes' (AFM-SCPs), etabliert werden. Das Ziel ist es zum einem, die Sensitivität gegenüber existieren Methoden deutlich zu verbessern, um auch schwach bindende L/R-Paare zu charakterisieren können. Die Me-thode soll zum anderen auch neue Erkenntnisse zum kooperativen Bindungsverhalten mehrfach prä-sentierter L/R-Paare an weichen Materialoberflächen liefern. Als aktuelles Beispiel für schwache, kooperative, aber auch spezifische L/R-Wechselwirkungen werden wir uns auf die wenig erforschten Kohlenhydrat-basierten Wechselwirkungen konzentrieren. Dabei liegt der Fokus auf Bindungskoope-rativität in Abhängigkeit von Materialeigenschaften der L/R-Substrate wie z.B. Steifigkeit, Maschenweite und Dichte der Bindungseinheiten. Der Einfluss dieser Materialparameter auf L/R-Bindungen wurde bisher nur in theoretischen Arbeiten beschrieben, eine direkte experimentelle Bestätigung steht bislang aus. Der Einfluss der Materialparameter auf niedrigaffine und kooperative Zuckerwechselwirkungen soll daher in diesen Vorhaben umfassend via AFM-SCP untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen