Collaborative Research: Mechanics of fusion of dissimilar lipid bilayers and multi-lamellar vesicles

合作研究:不同脂质双层和多层囊泡的融合机制

基本信息

  • 批准号:
    1705775
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Vesicles are small sacs surrounded by a lipid bilayer membrane and enclosing biomolecules essential for inter- and intra-cellular communication, transportation, and other physiological functions. Vesicles can fuse with cells and other vesicles to deliver designated drugs, segments of DNA for gene therapy, and neurotransmitters in a wide spectrum of medical treatments. Understanding the mechanism of membrane fusion is critical to interpret natural phenomena and to design and facilitate drug delivery. The overarching goal of this collaborative project between Northeastern University and Harvard University is to investigate the underlying biomechanics and biochemistry of membrane and liposome fusion by coordinated experiments and theoretical modeling. Vesicles with ranges of lipids and pseudo-lipids, microstructures, and size will be fabricated using specialized microfluidic devices. Mechanical characterization and intermediate steps of fusion under physiologically relevant conditions will be performed using atomic force microscopy. A mechanistic model of vesicle fusion, including membrane properties and inter-surface forces, will be developed to reveal molecular and membrane interactions. Outcomes of this study will lead to new insights into transport processes that are ubiquitous in mammalian cells, as well as guidelines to fabricate synthetic vesicles for drug delivery. The project will involve participation of students at all academic levels. Research outputs will be incorporated into undergraduate and graduate level courses at both universities. Educational videos will be developed to demonstrate vesicle dynamics for K-12 students and for the general public.The goal of this award is to investigate the underlying principles of fusion of similar and dissimilar lipid bilayers and vesicles and to develop a universal fusibility index by probing an extensive experimental parameter space. A wide range of known lipids relevant to drug delivery, lipids derived from healthy and diseased cell lines, and co-block polymer as pseudo lipids will be investigated. New microfluidics devices will be designed and built to manufacture homogeneous, heterogeneous, and multi-lamellar vesicles, with a wide range of diameters. Atomic force microscopy will be used to determine membrane properties of single liposomes in compression mode, as well as the energy barrier involved in hemifusion and fusion of two similar and dissimilar vesicles under physiologically relevant conditions. Hemifusion and fusion will be monitored in-situ by fluorescence microscopy, as well as a fluorescence resonance energy transfer technique. We will test the hypothesis that mechanics in terms of internal and intersurface forces, large deformation of the vesicles and associated strain energy, and statistical mechanics of surface domains plays a significant role in vesicle fusion. The fusibility index will be derived as a function of material properties of lipid membranes, vesicle geometry, interface and surface chemistry, and physiological environments, based on fundamental engineering principles.
囊泡是由脂质双层膜包围的小囊,其内含细胞间和细胞内通讯、运输和其他生理功能所必需的生物分子。 囊泡可以与细胞和其他囊泡融合,以输送指定药物、用于基因治疗的 DNA 片段以及多种医学治疗中的神经递质。 了解膜融合机制对于解释自然现象以及设计和促进药物输送至关重要。 东北大学和哈佛大学之间的这个合作项目的总体目标是通过协调实验和理论建模来研究膜和脂质体融合的基础生物力学和生物化学。 具有各种脂质和假脂质、微观结构和尺寸的囊泡将使用专门的微流体装置来制造。 将使用原子力显微镜进行机械表征和生理相关条件下融合的中间步骤。 将开发囊泡融合的机制模型,包括膜特性和表面间力,以揭示分子和膜的相互作用。 这项研究的结果将为哺乳动物细胞中普遍存在的运输过程带来新的见解,并为制造用于药物输送的合成囊泡提供指导。 该项目将涉及所有学术水平的学生的参与。 研究成果将纳入两所大学的本科和研究生课程。 将制作教育视频,向 K-12 学生和公众展示囊泡动力学。该奖项的目标是研究相似和不相似的脂质双层和囊泡融合的基本原理,并通过探索制定通用的融合性指数广泛的实验参数空间。将研究与药物递送相关的多种已知脂质、源自健康和患病细胞系的脂质以及作为假脂质的共嵌段聚合物。 新的微流体装置将被设计和建造,以制造具有各种直径的均质、异质和多层囊泡。 原子力显微镜将用于确定压缩模式下单个脂质体的膜特性,以及在生理相关条件下两个相似和不同的囊泡的半融合和融合所涉及的能量屏障。 半融合和融合将通过荧光显微镜以及荧光共振能量转移技术进行原位监测。 我们将测试以下假设:内力和表面间力、囊泡大变形和相关应变能以及表面域统计力学在囊泡融合中发挥重要作用。 基于基本工程原理,可熔性指数将作为脂膜材料特性、囊泡几何形状、界面和表面化学以及生理环境的函数而导出。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Single-step assembly of asymmetric vesicles
  • DOI:
    10.1039/c8lc00882e
  • 发表时间:
    2019-03-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Arriaga, Laura R.;Huang, Yuting;Weitz, David A.
  • 通讯作者:
    Weitz, David A.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

David Weitz其他文献

David Weitz的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('David Weitz', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Droplet-based selection to improve aflatoxin detoxification
合作研究:基于液滴的选择改善黄曲霉毒素解毒
  • 批准号:
    2103538
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Designer Soft Microparticles for a Changing Environment
专为不断变化的环境而设计的软微粒
  • 批准号:
    1708729
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Workshop on a Systematic Approach to Robustness, Reliability, and Reproducibility in Scientific Research February 24-26, 2017 in Atlanta, GA
关于科学研究稳健性、可靠性和可重复性的系统方法研讨会 2017 年 2 月 24-26 日在佐治亚州亚特兰大
  • 批准号:
    1650892
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Materials Research Science and Engineering Center
材料研究科学与工程中心
  • 批准号:
    1420570
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Soft Materials: Synthesis and Properties
软材料:合成与性能
  • 批准号:
    1310266
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Synthesis and Properties of Deformable Biomaterials and Soft Matter Systems
可变形生物材料和软物质系统的合成与性能
  • 批准号:
    1006546
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Materials Research Science and Engineering Center
材料研究科学与工程中心
  • 批准号:
    0820484
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Collaborative Proposal: Instrumental Development of Microfluidics-Based Fluorescence Activated Cell Sorting Device for Research and Education
合作提案:用于研究和教育的基于微流体的荧光激活细胞分选装置的仪器开发
  • 批准号:
    0649865
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Non-Equilibrium and Non-Linear Structure and Dynamics of Soft Materials
软材料的非平衡非线性结构与动力学
  • 批准号:
    0602684
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
The Fluid to Solid Transitions in Soft Materials
软材料中的流体到固体的转变
  • 批准号:
    0243715
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

多冗余度机器人的跨层协作神经动力学优化策略研究
  • 批准号:
    62373157
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向未知目标协作搬运的黏附型空中作业机器人动力学机理与协调控制研究
  • 批准号:
    52202452
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多机械臂协作系统动力学层级解析建模与协调柔顺控制理论及实验研究
  • 批准号:
    52175083
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向信息生态复杂性的群体博弈与协作动力学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目
直立抗扰任务下的踝关节外骨骼协作控制策略研究
  • 批准号:
    61903286
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: Extreme Mechanics of the Human Brain via Integrated In Vivo and Ex Vivo Mechanical Experiments
合作研究:通过体内和离体综合力学实验研究人脑的极限力学
  • 批准号:
    2331294
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Mechanics of Optimal Biomimetic Torene Plates and Shells with Ultra-high Genus
合作研究:超高属度最优仿生Torene板壳力学
  • 批准号:
    2323415
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: DMREF: Closed-Loop Design of Polymers with Adaptive Networks for Extreme Mechanics
合作研究:DMREF:采用自适应网络进行极限力学的聚合物闭环设计
  • 批准号:
    2413579
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Extreme Mechanics of the Human Brain via Integrated In Vivo and Ex Vivo Mechanical Experiments
合作研究:通过体内和离体综合力学实验研究人脑的极限力学
  • 批准号:
    2331295
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: The impact of instruction on student thinking about measurement in classical and quantum mechanics experiments
合作研究:教学对学生思考经典和量子力学实验中的测量的影响
  • 批准号:
    2336135
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.7万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了