15. März 2018 / Stephan Nussberger

Neues Drittmittelprojekt (Nussberger Lab)

Mikrostruktur-determinierte Selbstorganisation biomimetischer Membranen
[Bild: Universität Stuttgart / AG Nussberger / Max Kovalenko ]

Das Forschungsprojekt entwickelt eine neuartige Methode der Herstellung von planaren Arrays Hydrogel-gestützter biomimetischer Membranen auf Basis von Phospholipiden bzw. amphiphilen Block-Copolymeren. Dafür wird der bekannte Selbstorganisationsprozess aufgrund des sog. hydrophoben Effekts mit Hilfe von Mikrostrukturen programmiert, determiniert und stabilisiert, die auch bereits die Komponenten für die elektrische Kontaktierung und optische Adressierung der Membranen enthält. In den resultierenden Array-Strukturen können Membranproteine im Hochdurchsatz und mit Einzelmolekülauflösung simultan optisch und elektrisch untersucht werden. Grundgedanke ist hierbei, den bei der Ausbildung der bereits bekannten droplet hydrogel bilayers (DHBs) ablaufenden, nanoskaligen Selbstorganisationsprozess, als dessen Ergebnis in ihren Ausmaßen nicht determinierte, fluktuierende Membranen entstehen, durch Randbedingungen auf der Mikrometerskala zu kontrollieren, zu vereinfachen und zu beschleunigen und gleichzeitig die Bedingungen für die elektrische und optische Messung zu schaffen und zu optimieren. An diesem interdisziplinären Projekt sind zwei Arbeitsgruppen beteiligt: Die Gruppe Nussberger (Biophysik, Stuttgart) verfügt bereits über Erfahrungen mit elektrisch-optischen Ableitungen an DHBs. Die Gruppe Behrends (Membranphysiologie und –Technologie, Freiburg) arbeitet seit langem erfolgreich an der Etablierung von Mikrosystemen für die elektrophysiologische Hochdurchsatzanalyse von und mit Membranproteinen (chip-basierte automatisierte zelluläre Elektrophysiologie und synthetische Membranarrays). Diese Arbeitsgruppen wollen gemeinsam die Entwicklung eines simultan und mit Einzelmolekülauflösung elektrisch und optisch adressierbaren MembranMikrostrukturen für selbstorganisierte Membranenarrays vorantreiben. Am Ende des Projekts soll ein neuartiger Biochip (MECHIB) stehen, der höchstauflösende Elektrophysiologie mit Einzelmolekülfluoreszenz im Array-Format kombinieren lässt. Dieses neue Werkzeug wird langfristig die parallele und automatisierte Analyse der Struktur-Funktionsdynamik einer Vielzahl von Ionenkanal- und Transportproteinen im Hochdurchsatz ermöglichen.

Funding: Baden-Württemberg Stiftung 2018-2021

Projektpartner: Prof. Nussberger (Abt. Biophysik) und Prof. Behrends (Univ. Freiburg)