石墨烯納米片因其在藥物遞送、生物成像和生物傳感器方面的潛在應用而在生物醫學領域備受重視。它們對哺乳動物細胞的生物學作用可能受到膽固醇的影響，膽固醇是參與許多重要過程的細胞膜中的關鍵成分。因此，研究膽固醇對石墨烯納米片在細胞膜中的傳輸機制以及石墨烯的最終穩定構型的影響尤為重要，這可能會對細胞毒性產生影響。在本文中，使用分子動力學模擬研究了石墨烯納米片與具有膽固醇的1,2-二棕櫚酰-sn-甘油-3-磷酸膽堿（DPPC）膜相互作用的分子細節。結果表明，當膽固醇達到一定濃度時，石墨烯納米片的結構從純DPPC膜中的切入狀態轉變為夾在兩個DPPC小葉之間。潛在的機制表明，膽固醇優先吸附在石墨烯納米片上，這對附近的DPPC尾部造成了更大的干擾，從而引導石墨烯納米板進入脂質雙層的核心，形成夾層結構。我們的研究結果有助于理解石墨烯納米片與細胞膜之間的基本相互作用機制，并探索石墨烯納米板在生物醫學科學中的潛在應用。
圖1.（a）膽固醇（CHOL）、（b）原始石墨烯納米片和（c）DPPC的分子模型。（d） 該計算系統由原始石墨烯納米片和水環境中含有DPPC脂質和膽固醇的膜組成。為了清楚起見，省略了水分子。石墨烯納米片最初以2nm的距離垂直放置在膜上方。
圖2. （a） 4×4nm石墨烯納米片和不含膽固醇的DPPC膜之間的動態相互作用快照。（b） 在相互作用過程中，石墨烯納米片的傾斜角度以及石墨烯納米板和DPPC膜（MEM）之間的對應COM的演變。
圖3. （a） 4×4nm石墨烯納米片和含20%膽固醇的DPPC膜之間的動態相互作用。（b） 在相互作用過程中，石墨烯納米片的傾斜角度以及石墨烯納米板和DPPC膜之間對應的COM的演變。
圖4. 不同尺寸的石墨烯納米片和含有不同摩爾百分比膽固醇的DPPC膜的最終構型的相圖。
圖5. 在將石墨烯納米片植入DPPC膜之前，石墨烯納米板中膽固醇和碳原子的密度分布演變。
圖6. 石墨烯納米片附近DPPC尾部的平均傾角以及石墨烯納米板和DPPC膜之間的對應COM。（a） 圖2中4 nm×4 nm石墨烯納米片與純DPPC膜相互作用的情況。（b） 圖3中4×4nm石墨烯納米片與含有20%膽固醇的DPPC膜相互作用的情況。
圖7. 植入過程中膽固醇在石墨烯納米片兩側的吸附快照。
圖8. 在石墨烯納米片進入膜之前以及石墨烯與細胞膜形成夾層結構之后，膽固醇的角度分布。插入是膽固醇和具有夾層結構的石墨烯納米片的快照。
圖9 .4×4nm石墨烯片的傾斜角度以及在兩種不同的注入模式下膽甾醇的相應吸附數量。（a） 石墨烯納米片最終在細胞膜上形成一個切入狀態。（b） 石墨烯納米片最終在細胞膜中形成夾層狀態。
相關研究成果由浙江理工大學Juanmei Hu和Fengmin Wu等人2024年發表在ACS Omega (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsomega.3c08236)上。原文：Cholesterols Induced Distinctive Entry of the Graphene Nanosheet into the Cell Membrane
轉自《石墨烯研究》公眾號
