Title (eng)
Effect of forced convection on protein and nanoparticle binding in microplate assays
Parallel title (deu)
Der Effekt forcierter Konvektion auf die Protein- und Nanopartikelbindung in Mikrotiterplattenassays
Author
Regina Nowotny
Advisor
Michael Wirth
Assessor
Michael Wirth
Abstract (deu)
Die Bindung von Proteinen, Konjugaten und Nanopartikeln an Zellen und beschichtete Oberflächen ist von besonderem Interesse in der Entwicklung zielgerichteter Arzneimittelsysteme. Typischerweise werden Bindungsstudien in Mikrotiterplatten durchgeführt. Dies ermöglicht sowohl einen hohen Durchsatz, Kompatibilität mit Zellkultivierung sowie eine automatisierte Auswertung durch geeignete Photometer oder Fluorimeter. Normalerweise werden diese Bindungsstudien unter stationären Bedingungen durchgeführt, welche in Verdacht stehen, die Empfindlichkeit und Reaktionszeit der Assays zu verringern. Um diese Parameter zu verbessern wurde forcierte Konvektion in Protein und Nanopartikel Bindungsassays in 96-well Mikrotiterplatten eingesetzt. Dies wurde mit Hilfe einer nicht-invasiven Mischtechnik, basierend auf akustischen Oberflächenwellen (SAW), erreicht. Die Untersuchungen der Wechselwirkungen umfaßte Weizenkeimagglutinin (WGA) und WGA-konjugierte Nanopartikel auf Caco-2 Zelllayer, biotinylierte Quantenpunkte auf Avidin beschichteten Platten sowie negativ geladene Polystyrolnanopartikel an Poly(L-Lysin) (PLL)-beschichteten Platten. In allen untersuchten Systemen konnte forcierte Konvektion, im Gegensatz zu stationären Bedingungen, mit höheren Bindungsraten und einer schnelleren Sättigung der Oberfläche in Verbindung gebracht werden. Bezeichnenderweise sind diese Effekte erhöht je geringer die anfängliche Konzentration des Analyten gewählt wird. Im Fall der WGA-Bindung an Caco-2-Monolayer wurde beispielsweise mit Hilfe forcierter Konvektion eine 3-fache, 2,4-fache bzw. 1,3-fach höher Menge an Lektin gebunden für eine anfänglich eingesetzte Konzentration von 1,1 µg, 3,3 µg und 11,1 µg pro well. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen vermuten, dass nicht-invasives SAW-Mischen zu einem deutlich erhöhten Transport des Analyten zum Adsorbens führen kann und somit ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Empfindlichkeit von Mikrotiterplatten Bindungsassays aufweist.
Abstract (eng)
The binding of proteins, conjugates and nanoparticles to cells and tissues is of particular
interest in the development of targeted drug carrier systems. Typically, binding studies are
performed in microplates. This allows for adequate throughput, compatibility with cell
cultivation and automated readout with suitable photometers or fluorimeters. In most cases
experiments are carried out under stationary conditions which has been suspected to
decrease the sensitivity and response time of the assays. In order to improve these
parameters, forced convection was applied to protein and nanoparticle binding assays in 96
well microplates. This was achieved with a non-invasive mixing technology based on surface
acoustic waves (SAW). The interactions studied comprised wheat germ agglutinin (WGA)
and WGA-conjugated nanoparticles on Caco-2 monolayers, biotinylated quantum dots on
avidin-coated plates and negatively charged polystyrene nanoparticles on poly(L-lysine)
(PLL)-coated plates. In all investigated systems forced convection was associated with
higher binding rates and more rapid saturation of the adsorbent surface as compared to
stationary conditions. Characteristically, these effects increased with a lower initial
concentration of the analyte. In the case of WGA-binding to Caco-2 monolayers, for example,
a 3-fold, 2.4-fold, and 1.3-fold higher mass of lectin was bound due to convection when the
initial concentrations were 1.1 μg, 3.3μg, and 11.1 μg respectively. The results obtained in
the present study indicate that non-invasive SAW-mixing can clearly increase analyte
transport to the adsorbent and thus has considerable potential for improving the
reproducibility and sensitivity of microplate binding assays.
Keywords (eng)
nanoparticlecell culturemicroplate assayforced convection
Keywords (deu)
NanopartikelZellkulturMikrotiterplatteforcierte Konvektion
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1290811
rdau:P60550 (deu)
44 S.
Number of pages
50
Association (deu)
Title (eng)
Effect of forced convection on protein and nanoparticle binding in microplate assays
Parallel title (deu)
Der Effekt forcierter Konvektion auf die Protein- und Nanopartikelbindung in Mikrotiterplattenassays
Author
Regina Nowotny
Abstract (deu)
Die Bindung von Proteinen, Konjugaten und Nanopartikeln an Zellen und beschichtete Oberflächen ist von besonderem Interesse in der Entwicklung zielgerichteter Arzneimittelsysteme. Typischerweise werden Bindungsstudien in Mikrotiterplatten durchgeführt. Dies ermöglicht sowohl einen hohen Durchsatz, Kompatibilität mit Zellkultivierung sowie eine automatisierte Auswertung durch geeignete Photometer oder Fluorimeter. Normalerweise werden diese Bindungsstudien unter stationären Bedingungen durchgeführt, welche in Verdacht stehen, die Empfindlichkeit und Reaktionszeit der Assays zu verringern. Um diese Parameter zu verbessern wurde forcierte Konvektion in Protein und Nanopartikel Bindungsassays in 96-well Mikrotiterplatten eingesetzt. Dies wurde mit Hilfe einer nicht-invasiven Mischtechnik, basierend auf akustischen Oberflächenwellen (SAW), erreicht. Die Untersuchungen der Wechselwirkungen umfaßte Weizenkeimagglutinin (WGA) und WGA-konjugierte Nanopartikel auf Caco-2 Zelllayer, biotinylierte Quantenpunkte auf Avidin beschichteten Platten sowie negativ geladene Polystyrolnanopartikel an Poly(L-Lysin) (PLL)-beschichteten Platten. In allen untersuchten Systemen konnte forcierte Konvektion, im Gegensatz zu stationären Bedingungen, mit höheren Bindungsraten und einer schnelleren Sättigung der Oberfläche in Verbindung gebracht werden. Bezeichnenderweise sind diese Effekte erhöht je geringer die anfängliche Konzentration des Analyten gewählt wird. Im Fall der WGA-Bindung an Caco-2-Monolayer wurde beispielsweise mit Hilfe forcierter Konvektion eine 3-fache, 2,4-fache bzw. 1,3-fach höher Menge an Lektin gebunden für eine anfänglich eingesetzte Konzentration von 1,1 µg, 3,3 µg und 11,1 µg pro well. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen vermuten, dass nicht-invasives SAW-Mischen zu einem deutlich erhöhten Transport des Analyten zum Adsorbens führen kann und somit ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Empfindlichkeit von Mikrotiterplatten Bindungsassays aufweist.
Abstract (eng)
The binding of proteins, conjugates and nanoparticles to cells and tissues is of particular
interest in the development of targeted drug carrier systems. Typically, binding studies are
performed in microplates. This allows for adequate throughput, compatibility with cell
cultivation and automated readout with suitable photometers or fluorimeters. In most cases
experiments are carried out under stationary conditions which has been suspected to
decrease the sensitivity and response time of the assays. In order to improve these
parameters, forced convection was applied to protein and nanoparticle binding assays in 96
well microplates. This was achieved with a non-invasive mixing technology based on surface
acoustic waves (SAW). The interactions studied comprised wheat germ agglutinin (WGA)
and WGA-conjugated nanoparticles on Caco-2 monolayers, biotinylated quantum dots on
avidin-coated plates and negatively charged polystyrene nanoparticles on poly(L-lysine)
(PLL)-coated plates. In all investigated systems forced convection was associated with
higher binding rates and more rapid saturation of the adsorbent surface as compared to
stationary conditions. Characteristically, these effects increased with a lower initial
concentration of the analyte. In the case of WGA-binding to Caco-2 monolayers, for example,
a 3-fold, 2.4-fold, and 1.3-fold higher mass of lectin was bound due to convection when the
initial concentrations were 1.1 μg, 3.3μg, and 11.1 μg respectively. The results obtained in
the present study indicate that non-invasive SAW-mixing can clearly increase analyte
transport to the adsorbent and thus has considerable potential for improving the
reproducibility and sensitivity of microplate binding assays.
Keywords (eng)
nanoparticlecell culturemicroplate assayforced convection
Keywords (deu)
NanopartikelZellkulturMikrotiterplatteforcierte Konvektion
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1290812
Number of pages
50
Association (deu)
License
Citable links
Other links
Managed by
Details
Metadata
Export formats
Universitätsring 1, 1010 Wien | T
T +43-1-4277-0