Elasticity in Macrophage‐Synthesized Biocrystals

Abstract

Supramolecular crystalline assembly constitutes a rational approach to bioengineer intracellular structures. Here, biocrystals of clofazimine (CFZ) that form in vivo within macrophages were measured to have marked curvature. Isolated crystals, however, showed reduced curvature suggesting that intracellular forces bend these drug crystals. Consistent with the ability of biocrystals to elastically deform, the inherent crystal structure of the principal molecular component of the biocrystals – the hydrochloride salt of CFZ (CFZ-HCl) – has a corrugated packing along the (001) face and weak dispersive bonding in multiple directions. These characteristics were previously found to be linked to the elasticity of other organic crystals. Internal stress in bent CFZ-HCl led to photoelastic effects on the azimuthal orientation of polarized light transmittance. We propose that elastic, intracellular crystals can serve as templates to construct functional microdevices with different applications.

An Organic Crystal with High Elasticity at an Ultra‐Low Temperature (77 K) and Shapeability at High Temperatures

“…[13,14] Recently,o rganic crystals with elasticity,w hich break the traditional thinking that organic crystals are hard and brittle, have been known, and more and more elastic organic single crystals (EOSCs) have been reported. [15][16][17][18][19][20][21][22] Besides the interesting elastic phenomenon itself,p otential applications of EOSCs in flexible devices and sensors were the driving force for related studies. [23][24][25][26][27][28][29] Regarding the application of an elastic material, the influence of temperature on elasticity is not negligible.T aking rubbers (natural and synthetic) as an example,they only show elasticity and are applicable at the temperatures between the brittle (T b )a nd the viscous flow (T f )t emperatures,a nd such applicable temperatures are typically within À60 to 300 8 8Cfor the most commonly used rubbers.…”

An Expandable Mechanopharmaceutical Device (1): Measuring the Cargo Capacity of Macrophages in a Living Organism

“…The word “device” was purposefully chosen to highlight how CFZ was used as a self-assembling building block to construct a physical object to study the “cargo capacity” of macrophages. To use CLDIs as measurement “devices”, we have developed methods to isolate and stabilize CLDIs (34) as well as microscopy instruments to monitor their optical (29), photoacoustic (53) and biomechanical properties (54). .…”

Kristall‐Adaptronik: Mechanisch rekonfigurierbare elastische und superelastische molekulare Kristalle

“…[6,[28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41] Die begrenzte Anzahl von aktuell berichteten Beispielen zeigt, dass die Elastizitätv on Molekülkristallen im Allgemeinen Folgendes erfordert:1 )energetisch nahezu isotrope molekulare Packung,2 )schwache dispersive Wechselwirkungen oder Bindungen, die gleichmäßig in allen drei Dimensionen verteilt sind, leicht gebrochen werden kçnnen, um die elastische Energie während des Biegens zu dissipieren, und reformiert werden kçnnen, wenn die aufgebrachte Spannung entfernt wird, 3) p-Stapelwechselwirkungen, die zu einer gewellten Packung entlang einer kristallographischen Ebene führen, die ineinandergreifen sollte,u mV erschiebungen innerhalb des Kristalls zu verhindern, und 4) keine Gleitebenen, die das irreversible Gleiten von Kristallplatten erleichtern würden und so zu plastischer Verformung führen kçnnten. [6,[28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41] Die begrenzte Anzahl von aktuell berichteten Beispielen zeigt, dass die Elastizitätv on Molekülkristallen im Allgemeinen Folgendes erfordert:1 )energetisch nahezu isotrope molekulare Packung,2 )schwache dispersive Wechselwirkungen oder Bindungen, die gleichmäßig in allen drei Dimensionen verteilt sind, leicht gebrochen werden kçnnen, um die elastische Energie während des Biegens zu dissipieren, und reformiert werden kçnnen, wenn die aufgebrachte Spannung entfernt wird, 3) p-Stapelwechselwirkungen, die zu einer gewellten Packung entlang einer kristallographischen Ebene führen, die ineinandergreifen sollte,u mV erschiebungen innerhalb des Kristalls zu verhindern, und 4) keine Gleitebenen, die das irreversible Gleiten von Kristallplatten erleichtern würden und so zu plastischer Verformung führen kçnnten.…”

“…Elastische Biegung kann auch in biogenen Kristallen induziert werden, wie kürzlich von Kenis,R osania und Mitarbeitern berichtet wurde, [40] die eine merkliche Krümmung von Clofaziminkristallen in Makrophagen beobachteten. Es wurde angenommen, dass die intrazellulären Kräfte fürd ie Kristallbiegung verantwortlich sind.…”

“…Es wurden elastische Cokristalle aus 3,5-Dichlorsalicylsäure/ 3,5-Dibrompyridin, 4-Chlorsalicylsäure/4-Pyridincarboxaldehyd und 3,5-Dinitrobenzoesäure/4-Pyridincarboxaldehyd hergestellt, die ähnliche chemische Wechselwirkungen entlang orthogonaler Richtungen zeigen, was zu ineinandergreifenden Strukturen führt, die die Formwiederherstellung von verformten Kristallen unterstützen. [28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41] Ein prominentes Beispiel, welches jedoch ge-gen eben diese Regel spricht, ist das fluoreszierende 1,4-Bis-[2-(4-methylthienyl)]-2,3,5,6-tetrafluorbenzol (4)( Abbildung 4A,B). Diese Strategie wurde durch einen Vergleich der Kristalle von 1,4-Dibrombenzol und 4-Bromphenyl-4'chlorbenzoat (3)v eranschaulicht, von denen der erstere plastisch, der letztere elastisch verformbar ist.…”