Zavijanje nanodelcev v membrano

Londonska raziskovalna skupina je v reviji Physical Review Letters objavila študijo o nanodelcih, ki učinkovito preoblikujejo celične membrane. Za nanodelce velja, da v vseh treh dimenzijah merijo manj kot 100nm. Da pa lahko ti preoblikujejo celično membrano, potrebujejo na svoji površini ligande oziroma molekule ali ione, na katere se vežejo proteini  celične membrane. V raziskavi so poskusili modelirati učinkovitost virusov pri vstopu v celico skozi njeno membrano.

Proces iskanja optimalnih modelov se je začel z metodo računalniške simulacije, imenovane molekulska dinamika. Ta simulacija nanodelec predstavi kot togo telo, sestavljeno iz centralnega delca in ligandov, razporejenih po njegovi površini. Pri simulaciji delec prodre skozi tekočo membrano. Da se ta ukrivi v mehurček, je potrebna interakcija med molekulami na površini celice ter ligandi nanodelcev. Ravno jakost te interakcije in razporeditev ligandov po nanodelcu vplivata na učinkovitost zlivanja virusa s celično membrano.

Znanstvenice in znanstveniki so vzeli naključen vzorec zasnovanih delcev z različnimi porazdelitvami površinskih ligandov. Ustreznost delca so definirali kot stopnjo ovijanja nanodelca z membrano in njegovo hitrostjo prehoda skoznjo. Na koncu so uporabili evolucijski algoritem, ki posnema biološko evolucijo s tem, da ustvarja nove delce in obdrži tiste, ki so uspešnejši pri ovijanju z membrano.

Presenetljiv izsledek raziskave je bil, da se je za primer majhnega števila ligandov za optimalno obliko izkazala enodimenzionalna veriga na površini delca. To si lahko predstavljamo kot vrv, ovito okoli globusa. Ravno taka razporeditev zniža energijo, potrebno za prehod nanodelca skozi celično membrano. Nasprotno so se za najmanj uspešne izkazale strukture, kjer so se ligandi razporedili v ločena izolirana območja, ter tiste, kjer so se enakomerno porazdelili po sferični površini delca.

Analiza je pokazala, da imajo verige ligandov, ki pokrijejo velik delež površine nanodelca, dve pomembni vlogi: omogočajo zadostno membransko ovijanje in usmerijo rotacijske porazdelitve ter učinkovito dosežejo popolno ovijanje membrane okoli nanodelcev, s tem pa izboljšajo njihov vstop v celice.

Avtorji še komentirajo, da je pridobljena pravila za oblikovanje vzorcev ligandov na površini mogoče uporabiti pri gradnji umetnih nanodelcev in pri iskanju zaviralcev vstopa virusov.

Delce je v celično membrano ovijala vajenka Tina.