Oddziaływanie membran z nanostrukturami - zastosowania w biologii i medycynie

Kierownik projektu: Przemysław Raczyński

Realizatorzy:

  • Piotr Bełdowski
  • Beata Marciniak

Uniwersytet Śląski w Katowicach

Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych

Chorzów

Data otwarcia: 2022-03-01

Streszczenie projektu

Proponujemy przeprowadzenie serii badań dotyczących wpływu nanostruktur (takich jak grafen, nanorurki, itp.) na błonę komórkową. Zaplanowane symulacje komputerowe będą prowadzone techniką Molecular Dynamics, przy wykorzystaniu w pełni atomistycznego modelu oddziaływań i obejmują kilka obszarów działań.
Jeden z nich dotyczy poznania złożonego i wieloskalowego mechanizmu smarowania stawów u zwierząt, który jest jednym z najskuteczniejszych w przyrodzie. Jednym z jego najważniejszych czynników jest nawilżenie, które jest wynikiem interakcji między dwuwarstwami fosfolipidowymi (wraz z ich oddziaływaniem z wodą) obecnymi na powierzchni chrząstki stawowej [1]. Z drugiej strony grafen wśród wielu swoich właściwości wykazuje niezwykłe właściwości smarne, określane jako superlubrykacja [2, 3]. Planujemy zbadanie oddziaływania dwuwarstwy z poruszającym się grafenem, przy użyciu metod nierównowagowych (Steered Molecular Dynamics).
Prace planujemy podzielić na dwa etapy. W pierwszym z nich umieścimy grafen pomiędzy hydrofobowymi ogonami fosfolipidowymi pierwszej i drugiej warstwy. W drugim grafen będzie umieszczony pomiędzy dwoma dwuwarstwami - w tym przypadku interesuje nas zbadanie oddziaływań pomiędzy grafenem a hydrofilowymi częściami membrany. W drugim opisywanym przypadku planujemy rozszerzenie symulacji o zbadanie wpływu wody na opisywany układ mając na uwadze znaczącą jej ilość znajdującą znajdującą się w organizmach żywych.
Proponowane badania chcemy przeprowadzić dla kilku prędkości przesuwania grafenu oraz dla różnych modeli dwuwarstwy, np. zbudowanych tylko z lipidów typu DMPC (1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), tylko z lipidów typu DMPE (1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine) oraz zbudowanych z lipidów typu DMPC oraz cholesterolu.

Zamierzamy również zbadać oddziaływania grafenu z białkami w warunkach równowagowych. Jest to bardzo interesujący, jednak wciąż słabo poznany obszar, szczególnie w zakresie wykorzystania nanostruktur w nanomedycynie. Poznanie wpływu nanostruktur na złożone biomakromolekuły będzie stanowiło znaczący wkład w odpowiedź na pytanie o ich wykorzystanie jako biosensorów, kontenerów na leki itp. [4]. Dodatkowo badać będziemy oddziaływanie grafenu z biopolimerami: kwasem hialuronowym, chitozanem, chityną itp. w celu projektowania biomateriałów do zastosowań medycznych. Jednym z potencjalnych zastosowań biomateriałów jest użycie ich w terapii raka, gdzie mogą być pomocne w terapii Dox [5].

[1] Z. Pawlak et al., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 146, 452 (2016).
[2] I. Leven, D. Krepel, O. Shemesh, and O. Hod, The Journal of Physical Chemistry Letters 4, 115 (2013).
[3] Z. Pawlak et al., Biosystems 94, 202 (2008).
[4] P. Hampitak et al., Carbon 165, 317 (2020).
[5] N. Pramanik et al., ACS Omega 4, 5, 9284 (2019).


← Powrót do spisu projektów

CONTACT

Our consultants help future and novice users of specialized software installed on High Performance Computers (KDM) at the TASK IT Center.

Contact for High Performance Computers, software / licenses, computing grants, reports:

kdm@task.gda.pl

Administrators reply to e-mails on working days between 8:00 am – 3:00 pm.