Forskere filmer smukke blomsterformationer i kunstige cellemembraner

Kunstige cellemembraner er nogle af de vigtigste værktøjer i moderne bio-videnskab. De giver os en bedre forståelse af, hvordan celler fungerer, og dermed hjælper de os til at forstå sygdomme, udvikle lægemidler, osv.

Også på SDU arbejder forskere med kunstige cellemembraner – bl.a. med fokus på, hvordan man kan få forskellige stoffer til at krydse membranen og nå frem til destinationer inde i cellekernen.

"For at forstå komplekse systemer såsom biologiske celler er det helt afgørende, at vi forstår de simplere dele, som cellen udgøres af, for eksempel cellemembranen. Det kan vi gennem studier af model-membraner", forklarer Jonas Camillus Jeppesen, ph.d.-studerende på SDU.

På den baggrund satte han og en gruppe kolleger sig for at undersøge, om strukturer i membranen forbliver statiske, eller om de ændrer sig med tiden, mens membranerne bliver brugt til forskning. Deres studie er rapporteret i tidsskriftet Langmuir, og Jonas Camillus Jeppesen er hovedforfatter.

"Vi vidste, at hvis man fryser membraner, der indeholder to forskellige typer fedtmolekyler (lipider), så vil der dannes nogle bemærkelsesværdige blomsterfigurer. De dannes af den ene type fedtmolekyler, der samler sig i grupper, også kaldet domæner. Det er ligesom at fryse en blanding af olie og vand: Når vandet fryser ved 0 grader celsius dannes iskrystaller, eller domæner, i stadig flydende olie. Vi vidste, at disse blomsterformede domæner dannes, men vi vidste ikke, om de var stabile statiske strukturer, eller om de ville ændre form på et tidspunkt", siger Jeppesen.

Alt i naturen vil helst være rundt

Holdet besluttede at fotodokumentere processen. Deres time lapse film afslører, at det kun tager et par minutter for fedtmolekylerne at samles i de smukke blomsterformationer, når temperaturen falder til under frysepunktet.

"Men det viser sig, at disse blomsterfigurer ikke holder på ubestemt tid. Efter et par dage er de helt anderledes at se på. Nogle blomsterblade ser ud som om, de er visnet, mens andre er vokset. Efter et par uger er de næsten helt runde", siger Jeppesen.

Forklaringen er, at fedtmolekyler gør som alle andre elementer i naturen: De søger den mest afslappede tilstand; tilstanden af ligevægt. For membrandomæner er den tilstand rund.  

"Alt i naturen er rundt. Find en firkantet træstamme eller en firkantet oliedråbe på din stegepande, og du vil nok undre dig”, forklarer Jeppesen.

Set i dette lys var det ikke overraskende for Jonas Jeppesen og kollegerne at se fedtmolekyle-blomsterne blive runde i deres eksperiment.

"Men det var vigtigt at finde ud af, hvor længe domænerne forbliver blomsterformede. Forskere har antaget, at de er statiske, i hvert fald i flere timer. Vi har nu vist, at det er rimeligt at antage, at blomsterne er statiske i timevis, men ikke i dagevis".

Kontakt

Ph.d.-studerende Jonas Camillus Jeppesen, jonascj@sdu.dk. Tlf. 6550 2541.

Ref
Slow Relaxation of Shape and Orientational Texture in Membrane Gel Domains. Jonas Camillus Jeppesen†, Vita Solovyeva†, Jonathan R. Brewer‡, Ludger Johannes^§, Per Lyngs Hansen†, and Adam Cohen Simonsen. ^†Department of Physics, Chemistry and Pharmacy and ^‡Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Southern Denmark^{. §} Institut Curie, France. Langmuir, 2015, 31 (46), pp 12699–12707.  DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b03168.