Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) получили изолированный двойной фосфолипидный слой и научились регулировать расстояние между ним и поддерживающей поверхностью. Такие конструкции, имитирующие живые оболочки клеток (мембраны), применяются в биологических исследованиях и могут быть использованы как тестовые системы для косметических препаратов. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ, опубликованы в Journal of the Royal Society Interface.

При исследовании биологических объектов и косметических систем ученым в лаборатории очень важно помещать их в условия, максимально близкие к естественным. Так, встроенные в клеточную оболочку белки могут выполнять свои функции только в двойных жировых слоях (фосфолипидных бислоях). А их очень сложно получить в лаборатории в состоянии слоев, осевших (сорбированных) на нужную поверхность, а после вновь покинувших ее. Поэтому разработка способа получения таких мембран важна для исследования режимов их обратимых перестроек без разрушения.

В этой работе ученые сконструировали систему, способную поддерживать в стабильном состоянии свободный фосфолипидный бислой. В ее основе — электрод из золота, при помощи которого испытатели могли контролировать параметр кислотность кислотности раствора (рН раствора), окисляя сильный восстановитель, удобный для контроля рН (гидрохинон). На электрод наслаивались по очереди два разных полимера, которые в итоге образовывали плоскую положительно заряженную поверхность практически без дефектов.

Затем эту подложку поместили в раствор, содержащий пузыри, стенки которых образованы двойными фосфолипидными слоями (липидные везикулы). В нейтральном растворе фосфолипиды заряжены отрицательно, из-за чего притягиваются к положительному электроду. Осевшие на электрод везикулы разрушаются, их части оседают на подложку и формируют фосфолипидный бислой. Затем на золотой электрод подают положительный заряд, присутствующий в растворе восстановитель начинает окисляться под воздействием заряда на электроде. От него отсоединяются отдельные протоны, которые захватываются отрицательно заряженными фосфолипидами. Из-за этого заряд мембраны меняет знак на положительный, и она начинает отталкиваться от электрода. Вдалеке от электрода восстановитель не окисляется, и есть расстояние, на котором силы притяжения и отталкивания компенсируют друг друга. Образованная мембрана останавливается на этом расстоянии и стабилизируется. Изменяя напряжение на электроде, ученые могут контролировать рН раствора в его окрестности, а значит, и расстояние между подложкой и искусственной мембраной.

«Такой способ манипуляции липидными слоями может быть полезен в инженерии тканей и при разработке lab-on-chip платформ — микросхем, позволяющих производить многостадийный химический анализ, используя микроскопические количества вещества. Полученные мембраны найдут применение при изучении ионных каналов и мембранных белков, а также механики клетки. Такие искусственные объекты, симулирующие клеточные структуры, могут быть полезны для фармацевтической и косметической индустрии, поскольку их использование при тестировании препаратов снимает этический вопрос, возникающий при проведении опытов на животных. Расстояние между липидом и электродом зависит от заряда липида, заряд липида — от pH, а pH — от концентрации гидрохинона и величины пропускаемого тока. Мы сейчас работаем совместно с нашими французскими коллегами над установлением вида этой зависимости», — дополняет аспирант лаборатории SCAMT (растворной химии передовых материалов и технологий) Университета ИТМО Николай Рыжков.