Физики из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова совместно с иностранными коллегами создали искусственную мембрану, аналогичную клеточной, из особого гребнеобразного полимера. Толщина мембраны была близка к клеточной, при этом она была гибкой и адаптивной. Также она смогла образовать гибридную протоклетку путем слияния с мембранами липосомы и бактерии. Результаты работы открывают новые перспективы в создании искусственной клетки и помогут улучшить метод адресной доставки лекарств. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Ученые давно пытаются создать искусственную клеточную мембрану. Она должна быть гибкой, устойчивой и близкой по толщине к биологическим мембранам. Другой важный критерий — чтобы в нее можно было встроить особые белки, обеспечивающие избирательное пропускание. Одной из самых простых подобных структур является липосома. Это замкнутый в сферу бислой (везикула) из липидов. Он образуется в растворе благодаря наличию у липидов гидрофильных и гидрофобных частей. Липосомы часто тонкие и обладают хорошим пропусканием, но при этом недостаточно устойчивы к термическому и механическому воздействию. Тем не менее до сих пор их исследуют в качестве, например, наноконтейнеров для лекарств.
Еще один способ создать везикулу — использовать диблоксополимеры, состоящие из гидрофильных и гидрофобных блоков. Когда они взаимодействуют с раствором, то образуют везикулы, которые получили название «полимерсомы». Они устойчивые и прочные, однако стенки мембраны получались слишком толстыми и непроницаемыми. Следующим этапом стало создание везикул из янусоподных дендримеров — коротких и ветвистых полимеров.
Ученые из Университета Ахена подобрали такой дендример, чтобы полученные везикулы обладали свойствами, наиболее близкими к требуемым. Везикулы назвали «дендримерсомами», они были перспективными для дальнейшего изучения, однако процесс синтеза янусоподных дендримеров был слишком сложен. Теперь же физики Московского государственного университета имени Ломоносова придумали новый подход с использованием гребнеобразного полимера, собирающегося в везикулы в растворе и с более простым способом получения.
Сначала в раствор заряженного полимера (полиэлектролит) ученые добавляли противоположно заряженные фосфолипиды (основные компоненты природных клеточных мембран), и в результате получался гребнеобразный полимер. Он отличался тем, что связи между звеньями были не химическими, как обычно, а физическими (за счет электростатических взаимодействий) — менее сильными, но все равно достаточно прочными. В дальнейшем это позволило полученной везикуле быть более гибкой. При добавлении полученного полимера в воду образовались везикулы, названные комбисомами (от англ. comb — гребень). Такие структуры обладали устойчивостью, гибкостью и толщиной, близкой к биологической клеточной мембране. Кроме этого, комбисомы оказались способны образовывать гибридную протоклетку путем слияния с мембранами липосомы и бактерии. Для исследования микроскопических свойств и внутренней структуры везикул в воде ученые провели компьютерное моделирование.
«Мы изучали участок мембраны, так как вычисления являются затратными, ведь рассчитывается поведение огромного числа частиц. В результате моделирования на суперкомпьютере "Ломоносов-2" мы выяснили, что полиэлектролиты образуют нематический порядок, то есть вытягиваются вдоль поверхности мембраны в прямые стержни. Еще мы выяснили, что упорядоченность липидов во внутренней части мембраны зависит от плотности заряда в полиэлектролите. Это связано с тем, что в последнем она ниже, чем в липидах, и чем меньше окажется разница, тем меньше флуктуаций будет в полученной структуре. Моделирование помогло нам лучше понять физику происходящих процессов», — прокомментировал сотрудник лаборатории теории полимерных систем и «мягких» сред физического факультета Московского государственного университета имени Ломоносова, кандидат физико-математических наук Владислав Петровский.
Ученые надеются, что достижение комбисомами свойств мембраны реальной клетки приблизит создание полностью искусственной клетки.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
