Uma equipe de pesquisa do Departamento de Química Aplicada e Ciências da Vida da Universidade de Tecnologia de Toyohashi descobriu um fenômeno no qual lipídios específicos estavam concentrados no óxido de grafeno em uma membrana de bicamada lipídica multicomponente servindo como modelo de membrana celular. As descobertas foram publicadas no International Journal of Molecular Sciences .



A equipe de pesquisa também esclareceu o mecanismo pelo qual os componentes das “jangadas lipídicas” se reúnem (onde ocorrem importantes reações da membrana celular, como neurotransmissão e metabolismo) devido às características da superfície do óxido de grafeno. Espera-se que esta descoberta seja utilizada em tecnologias fundamentais para concentração e separação de lipídios e proteínas nas membranas celulares, alvos importantes para a pesquisa de medicamentos.

O transporte de substâncias, informações e energia necessárias para atividades dentro e fora das células é conduzido através das membranas celulares. Essas trocas estão profundamente envolvidas na neurotransmissão, no metabolismo e nas infecções virais, tornando-as importantes alvos de pesquisa nas áreas de biologia, medicina e descoberta de medicamentos.

A estrutura fundamental da membrana celular é uma membrana de bicamada lipídica. Lípidos específicos e proteínas de membrana reúnem-se através da difusão lateral e agregação de moléculas dentro da membrana. Tais regiões são chamadas de domínios lipídicos, que por sua vez controlam e melhoram a eficiência das reações que ocorrem na membrana celular. Um exemplo representativo do domínio lipídico é a “jangada lipídica”, que é rica em esfingolipídios e colesterol. Novas tecnologias para controlar e organizar as posições dos domínios lipídicos em um substrato sólido são exigidas para a biossensorização e triagem de lipídios e proteínas de membrana.

Esta equipe de pesquisa fabricou uma bicamada lipídica artificial sobre uma monocamada de óxido de grafeno depositada sobre um substrato de silício. Eles descobriram pela primeira vez que os domínios lipídicos estavam concentrados no óxido de grafeno. O óxido de grafeno tem uma estrutura na qual grupos funcionais de oxigênio hidrofílico são adicionados ao grafeno (um material de folha monoatômica de carbono).

Em uma bicamada lipídica de dois componentes consistindo de dois tipos de fosfatidilcolinas com diferentes fluidez, a maioria dos domínios da fase gel de baixa fluidez na membrana da bicamada lipídica reuniram-se no óxido de grafeno. Em uma membrana de bicamada lipídica mista de três componentes de esfingolipídios, colesteróis e fosfatidilcolina, muitos componentes de jangadas lipídicas estavam presentes no óxido de grafeno.

O professor Ryugo Tero, líder da equipe de pesquisa, explica:“Independentemente da composição lipídica, os domínios lipídicos menos fluidos agruparam-se no óxido de grafeno. Isso se deveu à presença de uma mistura de regiões hidrofílicas e hidrofóbicas na superfície do óxido de grafeno. em escala nanométrica. O processo inicial de formação de domínio na bicamada lipídica ocorreu preferencialmente nas regiões hidrofóbicas do óxido de grafeno.

A equipe de pesquisa afirma que o controle das posições dos domínios lipídicos no substrato sólido é necessário para organizar as proteínas da membrana com alta afinidade por esses lipídios nos mesmos locais. Esta descoberta é útil para tecnologias fundamentais nas áreas de biossensorização e triagem de proteínas de membrana.

Além disso, a equipe de pesquisa acredita que o mesmo método pode ser usado para coletar componentes lipídicos bioquimicamente importantes, como os glicolipídios, bem como a balsa lipídica. Eles esperam que isso seja útil no desenvolvimento de técnicas para concentrar e purificar os raros lipídios e proteínas de membrana nas membranas celulares.

Mais informações: Ryugo Tero et al, Localização de domínio por óxido de grafeno em bicamadas lipídicas suportadas, International Journal of Molecular Sciences (2023). DOI:10.3390/ijms24097999
Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Toyohashi