Исследование феномена "липидных рафтов" на поверхности наноуглерода

Исследовательская группа из Департамента прикладной химии и наук о жизни Технологического университета Тоёхаси обнаружила феномен концентрации специфических липидов на оксиде графена в многокомпонентной липидной бислойной мембране, служащей моделью клеточной мембраны. Результаты опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.

Команда также выяснила механизм, по которому компоненты "липидных рафтов" (где происходят важные реакции клеточной мембраны, такие как нейропередача и метаболизм) собираются из-за поверхностных характеристик оксида графена. Это открытие может быть использовано в фундаментальных технологиях для концентрирования и разделения липидов и белков клеточных мембран — важных мишеней для разработки лекарств.

Фундаментальная структура клеточной мембраны — липидный бислой. Специфические липиды и мембранные белки собираются через латеральную диффузию и агрегацию молекул внутри мембраны. Такие регионы называются липидными доменами, которые контролируют и повышают эффективность реакций в мембране. Один из примеров — "липидный рафт", богатый сфинголипидами и холестерином.

Исследователи создали искусственный липидный бислой на монослое оксида графена, нанесённого на кремниевую подложку. Они впервые обнаружили, что липидные домены концентрируются на оксиде графена. Оксид графена имеет структуру, в которой к графену (материалу в виде моноатомного слоя углерода) добавлены гидрофильные кислородсодержащие функциональные группы.

В двухкомпонентном липидном бислое, состоящем из двух типов фосфатидилхолинов с разной текучестью, большинство доменов гель-фазы с низкой текучестью собрались на оксиде графена. В трёхкомпонентной смешанной мембране из сфинголипидов, холестерина и фосфатидилхолина многие компоненты липидных рафтов присутствовали на оксиде графена.

Профессор Рюго Теро, руководитель группы, объясняет: "Независимо от состава липидов, менее текучие липидные домены собирались на оксиде графена. Это обусловлено наличием смеси гидрофильных и гидрофобных регионов на поверхности оксида графена в нанометровом масштабе. Начальный процесс формирования доменов в липидном бислое происходил предпочтительно в гидрофобных областях оксида графена".

Контроль положения липидных доменов на твёрдой подложке необходим для размещения мембранных белков с высоким сродством к этим липидам в тех же местах. Это открытие полезно для фундаментальных технологий в областях биосенсинга и скрининга, нацеленных на мембранные белки.

Кроме того, команда полагает, что тем же методом можно собирать биохимически важные липидные компоненты, такие как гликолипиды, а также липидные рафты. Это может быть полезно для разработки методов концентрирования и очистки редких липидов и мембранных белков в клеточных мембранах.