氧化石墨烯上脂质的分析

Toyohashi University of Technology应用化学与生命科学系的研究小组（Tero Ryugo 教授等）发现了一种现象，即在作为细胞膜模型的多元脂质双层膜中，特定脂质浓缩在氧化石墨烯上。

沉积在硅基底上的氧化石墨烯上形成的双组分脂质双层的原子力显微镜图像。凝胶相域集中在氧化石墨烯上（左），在硅基板上没有观察到（右）。比例尺：500 nm。图片来源：丰桥工业大学

该研究小组还解释了由于氧化石墨烯的表面特性而导致“脂筏”（代谢和神经传递等重要细胞膜反应发生）成分聚集的机制。这一突破预计将用于分离和浓缩细胞膜中脂质和膜蛋白的基础技术，作为药物发现和医学领域的关键研究目标。

细节

细胞内外生命活动所需的信息、物质和能量的传递是通过细胞膜完成的。这种交换深入参与新陈代谢、神经传递和病毒感染，这使其成为医学、生物学和药物发现领域的重要研究目标。

脂质双层膜是细胞膜的基本结构。某些膜蛋白和脂质通过膜内分子的横向扩散和聚集而聚集。这些区域被称为脂质域，最终调节和提高细胞膜中发生的反应的效率。

“脂筏”是脂质结构域的典型例子，富含胆固醇和鞘脂。膜蛋白和脂质的筛选和生物传感需要用于调节和组织固体基质上脂质结构域位置的新技术。

该研究小组在沉积在硅基底上的氧化石墨烯单层上制作了人造脂质双层。他们首次发现脂质结构域集中在氧化石墨烯上。氧化石墨烯具有石墨烯（碳的单原子片材）中包含亲水性氧官能团的结构。

在包含两种不同流动性的磷脂酰胆碱的双组分脂质双层中，脂质双层膜中的大部分低流动性凝胶相域聚集在氧化石墨烯上。在胆固醇、鞘脂和磷脂酰胆碱三组分混合脂质双层膜中的氧化石墨烯上存在许多脂筏组分。

无论脂质成分如何，流动性较小的脂质域聚集在氧化石墨烯上。这是由于氧化石墨烯表面上存在纳米级的亲水性和疏水性区域的混合物。脂质双层中结构域形成的初始过程优先发生在氧化石墨烯的疏水区域。

Ryugo Tero 教授，丰桥工业大学研究组组长

未来展望

研究小组预计，对固体基质上脂质结构域位置的控制适用于利用对相同位置的脂质的高亲和力来排列膜蛋白。这一突破对于生物传感和靶向膜蛋白筛选领域的基础技术具有重要价值。

此外，研究小组希望能够采用相同的方法来收集具有生化意义的脂质成分，例如糖脂和脂筏。他们预计这对于开发纯化和浓缩细胞膜中的膜蛋白和稀有脂质的技术具有重要意义。

期刊参考

Tero, R., et al. (2023). Domain Localization by Graphene Oxide in Supported Lipid Bilayers. International Journal of Molecular Sciences. dx.doi.org/10.3390/ijms24097999.