Un equipo de investigación del Departamento de Química Aplicada y Ciencias de la Vida de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha descubierto un fenómeno en el que lípidos específicos se concentraban en óxido de grafeno en una membrana bicapa lipídica multicomponente que sirve como modelo de membrana celular. Los hallazgos se publican en la Revista Internacional de Ciencias Moleculares .
El equipo de investigación también aclaró el mecanismo por el cual se reúnen los componentes de las "balsas de lípidos" (donde ocurren importantes reacciones de la membrana celular como la neurotransmisión y el metabolismo) debido a las características de la superficie del óxido de grafeno. Se espera que este descubrimiento se utilice en tecnologías fundamentales para concentrar y separar los lípidos y proteínas en las membranas celulares, objetivos importantes para la investigación de fármacos.
El transporte de sustancias, información y energía necesarias para las actividades dentro y fuera de las células se realiza a través de las membranas celulares. Estos intercambios están profundamente involucrados en la neurotransmisión, el metabolismo y las infecciones virales, lo que los convierte en importantes objetivos de investigación en los campos de la biología, la medicina y el descubrimiento de fármacos.
La estructura fundamental de la membrana celular es una membrana bicapa lipídica. Lípidos específicos y proteínas de membrana se reúnen mediante difusión lateral y agregación de moléculas dentro de la membrana. Estas regiones se denominan dominios lipídicos y, a su vez, controlan y mejoran la eficiencia de las reacciones que ocurren en la membrana celular. Un ejemplo representativo del dominio lipídico es la "balsa lipídica", que es rica en esfingolípidos y colesterol. Se requieren nuevas tecnologías para controlar y organizar las posiciones de los dominios lipídicos en un sustrato sólido para la biodetección y detección de lípidos y proteínas de membrana.
Este equipo de investigación fabricó una bicapa lipídica artificial sobre una monocapa de óxido de grafeno depositada sobre un sustrato de silicio. Descubrieron por primera vez que los dominios lipídicos estaban concentrados en el óxido de grafeno. El óxido de grafeno tiene una estructura en la que se añaden grupos funcionales de oxígeno hidrófilos al grafeno (un material laminar monoatómico de carbono).
En una bicapa lipídica de dos componentes que consta de dos tipos de fosfatidilcolinas con diferentes fluidez, la mayoría de los dominios de la fase de gel de baja fluidez en la membrana de la bicapa lipídica se reunieron en el óxido de grafeno. En una membrana de bicapa lipídica mixta de tres componentes de esfingolípidos, colesteroles y fosfatidilcolina, muchos componentes de la balsa lipídica estaban presentes en el óxido de grafeno.
El profesor Ryugo Tero, líder del equipo de investigación, explica:"Independientemente de la composición de los lípidos, los dominios lipídicos menos fluidos se agrupaban en el óxido de grafeno. Esto se debía a la presencia de una mezcla de regiones hidrofílicas e hidrofóbicas en la superficie del óxido de grafeno. a escala nanométrica, el proceso inicial de formación de dominios en la bicapa lipídica se produjo preferentemente en las regiones hidrofóbicas del óxido de grafeno."
El equipo de investigación afirma que controlar las posiciones de los dominios lipídicos en el sustrato sólido es necesario para disponer las proteínas de membrana con alta afinidad por esos lípidos en los mismos lugares. Este descubrimiento es útil para tecnologías fundamentales en los campos de la biodetección y la detección dirigida a proteínas de membrana.
Además, el equipo de investigación cree que se puede utilizar el mismo método para recolectar componentes lipídicos bioquímicamente importantes, como los glicolípidos, así como la balsa lipídica. Esperan que esto sea útil en el desarrollo de técnicas para concentrar y purificar los lípidos y proteínas de membrana raros en las membranas celulares.
Más información: Ryugo Tero et al, Localización de dominio mediante óxido de grafeno en bicapas lipídicas soportadas, Revista Internacional de Ciencias Moleculares (2023). DOI:10.3390/ijms24097999
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Toyohashi
