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Effect of reactive species generated by cold physical plasma on model membranes

  • Scholz et al. developed an electrochemical assay to study the impact of reactive species on self-assembled monolayer (SAM). The aim of this thesis is to use this electrochemical assay with gold supported lipid bilayers instead of SAM to study the effect of reactive species on model membranes that mimic oxidative damage to the biological cell membrane. Here, three questions will be addressed: I) how specific substances such as lipophilic and hydrophilic antioxidants protect a membrane from oxidative damage, II) what are the lipid oxidation products after oxidative damage of the model membrane, and III) whether oxidative damage of the model membranes causes pore formation on lipid bilayer. Electrochemistry was first used to measure the oxidative damage over the entire lipid membrane. Then, mass spectroscopy was used to characterize how lipids as the molecular building blocks of the membrane, change when exposed to reactive species. Imaging the membrane with AFM showed how oxidative damage in the model membrane alters lipid self-assembly within the supported lipid bilayer in nanometer scale. In addition, cold physical plasma (CPP) was used to produce the biological relevant reactive species. This fundamental research demonstrates the great potential of supported lipid bilayers as model membranes and cold physical plasma as a source for the production of biologically relevant reactive species to study the effect of oxidative stress on cell membranes.
  • Scholz et al. entwickelten einen elektrochemischen Test, um die Auswirkungen reaktiver Spezies auf selbstorganisierte Monolagen (SAM) zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen elektrochemischen Assay mit Lipiddoppelschichten auf Goldelektroden anstelle von SAMs zu verwenden, um die Auswirkungen reaktiver Spezies auf Modellmembranen zu untersuchen, und somit eine oxidative Schädigung biologische Zellmembranen zu immitieren. Dabei sollen drei Fragen untersucht werden: I) wie spezifische Substanzen wie lipophile und hydrophile Antioxidantien eine Membran vor oxidativer Schädigung schützen, II) was die Lipidoxidationsprodukte nach oxidativer Schädigung der Modellmembran sind und III) ob die oxidative Schädigung der Modellmembranen eine Porenbildung auf der Lipiddoppelschicht verursacht. Zunächst wurde mit Hilfe der Elektrochemie die oxidative Schädigung der gesamten Lipidmembran gemessen. Mittels Massenspektroskopie wurde untersucht, wie sich die Lipide, die molekularen Bausteine der Membran, verändern, wenn sie reaktiven Spezies ausgesetzt werden. Die Abbildung der Membran mit AFM zeigte, wie die oxidative Schädigung in der Modellmembran die Selbstorganisation der Lipide innerhalb der Lipiddoppelschicht im Nanometerbereich verändert. Darüber hinaus wurde kaltes physikalisches Plasma (CPP) verwendet, um die biologisch relevanten reaktiven Spezies zu erzeugen. Diese Grundlagenforschung zeigt das große Potenzial von Lipiddoppelschichten als Modellmembranen und von kaltem physikalischem Plasma als Quelle für die Herstellung biologisch relevanter reaktiver Spezies zur Untersuchung der Auswirkungen von oxidativem Stress auf Zellmembranen.

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Metadaten
Author: Mehdi RavandehORCiD
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-56601
Title Additional (German):Wirkung von durch kaltes physikalisches Plasma erzeugten reaktiven Spezies auf Modellmembranen
Referee:PD Dr. rer. Nat Heike Kahlert, Prof. Dr. Peter Pohl
Advisor:PD Dr. rer. Nat Heike Kahlert, Prof. Dr Michael Lalk, Dr Kristian Wende
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2021
Date of first Publication:2021/10/01
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2021/09/20
Release Date:2021/10/01
Tag:Biomimetic membrane; cold physical plasma;membrane oxidation; lipid bilayer; electrochemistry; mass spectrometry; atomic force microscopy
GND Keyword:Electrochemie, Massenspektrometrie
Page Number:83
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie und Biochemie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften