Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica Applicata e Scienze della Vita dell’Università di Tecnologia di Toyohashi ha scoperto un fenomeno in cui lipidi specifici erano concentrati sull’ossido di grafene in una membrana a doppio strato lipidico multicomponente che fungeva da modello di membrana cellulare. I risultati sono pubblicati sull'International Journal of Molecular Sciences .
Il gruppo di ricerca ha anche chiarito il meccanismo con cui si riuniscono i componenti delle “zattere lipidiche” (dove avvengono importanti reazioni della membrana cellulare come la neurotrasmissione e il metabolismo) a causa delle caratteristiche superficiali dell’ossido di grafene. Si prevede che questa scoperta verrà utilizzata in tecnologie fondamentali per concentrare e separare i lipidi e le proteine nelle membrane cellulari, obiettivi importanti per la ricerca farmaceutica.
Il trasporto delle sostanze, delle informazioni e dell'energia necessarie per le attività dentro e fuori le cellule avviene attraverso le membrane cellulari. Questi scambi sono profondamente coinvolti nella neurotrasmissione, nel metabolismo e nelle infezioni virali, rendendoli importanti obiettivi di ricerca nei campi della biologia, della medicina e della scoperta di farmaci.
La struttura fondamentale della membrana cellulare è una membrana a doppio strato lipidico. Lipidi specifici e proteine di membrana si riuniscono attraverso la diffusione laterale e l'aggregazione di molecole all'interno della membrana. Tali regioni sono chiamate domini lipidici, che a loro volta controllano e migliorano l'efficienza delle reazioni che avvengono nella membrana cellulare. Un esempio rappresentativo del dominio lipidico è la "zattera lipidica", ricca di sfingolipidi e colesterolo. Sono necessarie nuove tecnologie per il controllo e l'organizzazione delle posizioni dei domini lipidici su un substrato solido per il biosensing e lo screening dei lipidi e delle proteine di membrana.
Questo gruppo di ricerca ha fabbricato un doppio strato lipidico artificiale su un monostrato di ossido di grafene depositato su un substrato di silicio. Hanno scoperto per la prima volta che i domini lipidici erano concentrati sull’ossido di grafene. L'ossido di grafene ha una struttura in cui gruppi funzionali idrofili dell'ossigeno vengono aggiunti al grafene (un materiale in fogli monoatomici di carbonio).
In un doppio strato lipidico bicomponente costituito da due tipi di fosfatidilcoline con fluidità diverse, la maggior parte dei domini della fase gel a bassa fluidità nella membrana del doppio strato lipidico si raccoglievano sull'ossido di grafene. In una membrana a doppio strato lipidico misto a tre componenti di sfingolipidi, colesterolo e fosfatidilcolina, molti componenti della zattera lipidica erano presenti sull'ossido di grafene.
Il professor Ryugo Tero, a capo del gruppo di ricerca, spiega:"Indipendentemente dalla composizione lipidica, i domini lipidici meno fluidi si raggruppavano sull'ossido di grafene. Ciò era dovuto alla presenza di una miscela di regioni idrofile e idrofobiche sulla superficie dell'ossido di grafene". su scala nanometrica. Il processo iniziale di formazione dei domini nel doppio strato lipidico si è verificato preferenzialmente nelle regioni idrofobiche dell'ossido di grafene."
Il gruppo di ricerca afferma che il controllo delle posizioni dei domini lipidici sul substrato solido è necessario per organizzare le proteine di membrana con un'elevata affinità per i lipidi nelle stesse posizioni. Questa scoperta è utile per tecnologie fondamentali nei campi del biosensing e dello screening mirato alle proteine di membrana.
Inoltre, il gruppo di ricerca ritiene che lo stesso metodo possa essere utilizzato per raccogliere componenti lipidici biochimicamente importanti come i glicolipidi e la zattera lipidica. Si aspettano che ciò sarà utile nello sviluppo di tecniche per concentrare e purificare i lipidi rari e le proteine di membrana nelle membrane cellulari.
Ulteriori informazioni: Ryugo Tero et al, Localizzazione del dominio mediante ossido di grafene in doppi strati lipidici supportati, International Journal of Molecular Sciences (2023). DOI:10.3390/ijms24097999
Fornito da Toyohashi University of Technology
