AdaptoCell for MAX IV Laboratory Users

The contemporary challenges in structural biology seek deeper understanding of in vivo dynamics and functions of proteins and their interactions; the Swedish researchers need new tools and techniques for these competitive investigations. MAX IV Laboratory, the Swedish synchrotron facility for research, enables time-resolved in situ studies of proteins by several techniques. Balder, CoSAXS and MicroMAX beamlines designed to be state-of-the-art in their respective method: X-ray Absorption/Emission Spectroscopy (XAS/XES), Small Angle X-ray Scattering (SAXS), and Serial Synchrotron crystallography (SSX). The project goal is to deliver adaptable microfluidic flow-cell platform, AdaptoCell for MAX IV users, to be integrated at beamlines and adapted to each method, deployed to investigate proteins in solution and to facilitate serial crystallography on micro crystals. The MAX IV project team will engage two young researchers to execute the project in collaboration with experts in microfluidic chip manufacturing (Customized Microfluidics facility), protein production, microfluidic device usage and time-resolved studies. Year-one goal, the delivery of integrated microfluidic device for XAS, following up year two with add-on UV-vis spectroscopy lab-on-chip AdaptoCell-XAS and AdaptoCell-SAXS for time-resolved data collection, and year three AdaptoCell-SSX. We expect to release devices to Swedish academic and industry users for multisample delivery after each finished development stage.

Proteiner i cellen kan fungera som allt från byggstenar, signaleringssystem till små maskiner (enzymer), som vi behöver förstå bättre för att t. ex. bota sjukdomar, förbättra fermentering och lära av naturen för energiframställning. För att förstå proteinernas samverkan och funktion i cellen behöver forskarna studera proteiner i en miljö så nära cellens som möjligt. En standardmetod är att frysa ner proteinproverna under försöken (för att t.ex. bevara, skydda), men det utgör en onormal miljö för proteinerna att utöva sin funktion. För att kunna studera proteiners dynamiska samverkan med varandra och deras funktion behövs provmiljöer som tillåter så nära naturliga/fysiologiska förhållanden som möjligt. Ett sätt att leverera färskt prov för experimentet som också ger möjlighet att stimulera och studera funktioner är att flöda proteinet i en flödecell. Syftet med detta projekt är att skapa mikrofluidik-baserade flödesceller (AdaptoCell) för proteiner som ska placeras och integreras på experimentstationerna, dvs strålrören på MAX IV för tidsupplösta proteinstudier. MAX IV-laboratoriet är världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggning och producerar ljus för svenska forskare. Plattformen skapas för tre strålrör, Balder, CoSAXS och MicroMAX som tillhandahåller metoder för spjutspetsforskning på proteiner, med respektive röntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) för studie av lokal atomär/elektronisk struktur av metallen i metallo-proteiner, småvinkelspridning med röntgen (SAXS) för att studera proteiners nanostruktur, samt seriekristallografi (SSX) för att lösa proteiners atomära struktur med hjälp av mikrokristaller. AdaptoCell kommer att anpassas till varje teknik med synkroniserad UV-vis spektroskopi på chipet (Lab-on-chip). Design, tillverkning och utveckling av dessa mikrofluidik-plattformar kommer att ske med hjälp av expertis på röntgen-metoder, mikrofluidik-chip-tillverkning, mikrofluidik-chip-användning och protein-forskare från svenska universitet i Lund, Uppsala, Göteborg samt forskningsinstitutet RISE. De färdiga prov-plattformarna för flytande prover kommer efter projektet att utgöra en basprovmiljö för MAX IV:s användare, svenska forskare från både akademi och industri.