Forskere undersøger lipid tømmerflåde fænomen på nanocarbon overflader

Et forskerhold fra Institut for Anvendt Kemi og Biovidenskab ved Toyohashi University of Technology har opdaget et fænomen, hvor specifikke lipider blev koncentreret om grafenoxid i en flerkomponent lipid-dobbeltlagsmembran, der fungerer som en cellemembranmodel. Resultaterne er offentliggjort i International Journal of Molecular Sciences .

Forskerholdet afklarede også den mekanisme, hvormed komponenterne i "lipidflåder" samles (hvor vigtige cellemembranreaktioner som neurotransmission og metabolisme forekommer) på grund af grafenoxids overfladekarakteristika. Denne opdagelse forventes at blive brugt i grundlæggende teknologier til koncentration og adskillelse af lipider og proteiner i cellemembraner, vigtige mål for lægemiddelforskning.

Transport af de stoffer, information og energi, der er nødvendig for aktiviteter ind og ud af celler, foregår gennem cellemembraner. Disse udvekslinger er dybt involveret i neurotransmission, metabolisme og virusinfektioner, hvilket gør dem til vigtige forskningsmål inden for biologi, medicin og lægemiddelopdagelse.

Den grundlæggende struktur af cellemembranen er en lipid-dobbeltlagsmembran. Specifikke lipider og membranproteiner samles gennem den laterale diffusion og aggregering af molekyler i membranen. Sådanne regioner kaldes lipiddomæner, som igen kontrollerer og forbedrer effektiviteten af ​​de reaktioner, der forekommer i cellemembranen. Et repræsentativt eksempel på lipiddomænet er "lipidfloden", som er rig på sphingolipider og kolesterol. Nye teknologier til at kontrollere og arrangere positionerne af lipiddomæner på et fast substrat er efterspurgt til biosensing og screening af lipider og membranproteiner.

Dette forskerhold fremstillede et kunstigt lipid-dobbeltlag på et grafenoxid-monolag aflejret på et siliciumsubstrat. De opdagede for første gang, at lipiddomænerne var koncentreret om grafenoxidet. Grafenoxid har en struktur, hvor hydrofile iltfunktionelle grupper føjes til grafen (et monoatomisk plademateriale af kulstof).

I et to-komponent lipid-dobbeltlag bestående af to typer phosphatidylcholiner med forskellige fluiditeter, samledes størstedelen af ​​lav-fluiditets-gelfasedomænerne i lipid-dobbeltlagsmembranen på grafenoxidet. I en tre-komponent blandet lipid-dobbeltlagsmembran af sphingolipider, kolesteroler og phosphatidylcholin var mange lipid-flotkomponenter til stede på grafenoxidet.

Professor Ryugo Tero, lederen af ​​forskerholdet, forklarer:"Uanset lipidsammensætningen klumrede de mindre flydende lipiddomæner sig på grafenoxidet. Dette skyldtes tilstedeværelsen af ​​en blanding af hydrofile og hydrofobe områder på grafenoxidoverfladen. på en nanometerskala Den indledende proces med domænedannelsen i lipid-dobbeltlaget forekom fortrinsvis i de hydrofobe områder af grafenoxidet."

Forskerholdet udtaler, at det er nødvendigt at kontrollere positionerne af lipiddomænerne på det faste substrat for at arrangere membranproteinerne med en høj affinitet for disse lipider på de samme steder. Denne opdagelse er nyttig til grundlæggende teknologier inden for biosensing og screening, der målretter mod membranproteiner.

Ydermere mener forskerholdet, at samme metode kan bruges til at indsamle biokemisk vigtige lipidkomponenter som glykolipider samt lipidflåden. De forventer, at dette vil være nyttigt i udviklingen af ​​teknikker til at koncentrere og oprense de sjældne lipider og membranproteiner i cellemembraner.

Flere oplysninger: Ryugo Tero et al., Domain Localization by Graphene Oxide in Supported Lipid Bilayers, International Journal of Molecular Sciences (2023). DOI:10.3390/ijms24097999

Leveret af Toyohashi University of Technology