Nanoeingrenzung und Sansetsukon-artiges Nanokriechen regelt die Dynamik und Selbstorganisation von Fibrinogen auf nanostrukturierten polymeren Oberflächen

Oberflächen-Nanostrukturen werden zunehmend für den kontrollierten Proteinaufbau an funktionalen Nanogeräten, in der Nanobiotechnologie und in Nanobiomaterialien eingesetzt. Der Mechanismus und die Dynamik, wie Nanostrukturen die Ordnung in den adsorbierten Proteinbaugruppen induzieren, sind jedoch immer noch rätselhaft. Hier verwenden wir die Einzelmolekülkartierung durch akkumulierte Sondenbahnen und komplementäre Rasterkraftmikroskopie, um die Dynamik der In-situ-Anordnung von humanem Plasma-Fibrinogen (HPF), das an nanostrukturierten Polybuten-1-(PB-1)- und nanostrukturierten Polyethylen-(PE)-Oberflächen adsorbiert ist, zu beleuchten. Wir fanden eine deutliche laterale Heterogenität der Grenzfläche der HPF-Polymer-Nanostruktur (Oberflächenbelegung, Verweilzeit und Diffusionskoeffizient), die die Identifizierung des Zusammenspiels zwischen topografischer Protein-Nanokonzentration, Protein-Diffusionsmechanismus und geordneter Protein-Selbstorganisation ermöglicht. Die Proteindiffusionsanalyse ergab eine hohe Diffusionspolarisation ohne Korrelation mit der anisotropen Reibungseigenschaft der Polymeroberflächen. Dies legt nahe, dass HPF-Moleküle, die auf die nanoskaligen PB-1-Nadelkristalle bzw. PE-Shish-Kebab-Kristalle beschränkt sind, eine teilweise Ablösung erfahren und über einen Sansetsukon-ähnlichen Nanokriechmechanismus diffundieren. Dieser Mechanismus basiert auf der intrinsischen Flexibilität von HPF in den Coiled-Coil-Bereichen. Wir schließen daraus, dass nanostrukturierte Oberflächen, die diese charakteristische Oberflächenmobilität fördern, eher zur Bildung geordneter Proteinanordnungen führen und für fortgeschrittene Nanobiomaterialien nützlich sein können.

Publikation

Xiaoyuan Zhang, Izabela Firkowska-Boden, Matthias M. L. Arras, Mark J. Kastantin, Christian Helbing, Alper Özogul, Enrico Gnecco, Daniel K. Schwartz, Klaus D. Jandt: "Nanoconfinement and Sansetsukon-like Nanocrawling Govern Fibrinogen Dynamics and Self-Assembly on Nanostructured Polymeric Surfaces", Langmuir 34 (2018) 14309–14316, DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02917Externer Link