Een artikel geschreven door een team van wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft gekarakteriseerd hoe verschillende celmembranen zich gedragen.

"Verschillende membranen in verschillende delen van het lichaam hebben verschillende barrièresterkten die nodig zijn voor medicijnen om ze te penetreren om het orgaan te bereiken, " zei Tim Timmerman, een computationele biofysicus in de Biosciences and Biotechnology Division van het Lab en een co-hoofdauteur van het artikel.

Celmembranen zijn de huid of het omhulsel van de lichaamscellen en zijn samengesteld uit miljoenen lipiden, de bouwstenen voor membranen.

Een van de foto's van het team uit hun werk haalde de omslag van het toonaangevende tijdschrift voor kwantitatieve biologie. hun imago, met zes verschillende computationele visualisaties van een celmembraan voor een enkele hersencel, werd gekenmerkt als de cover story in een speciale uitgave van Biofysisch tijdschrift , dat zich richt op hersenbiofysica en wordt gepubliceerd door de Biophysical Society.

"Een van de meest interessante inzichten die we vonden, was dat er subtiele verschillen waren in het gedrag van verschillende membranen die pas duidelijk werden in de grootschalige simulaties. Deze verschillen zouden over het hoofd zijn gezien in elke simulatie die kleinere aantallen lipiden gebruikte.

"Dit zijn enkele van de grootste simulaties van dit type die ooit zijn gepubliceerd, als we kijken naar de grootte van het systeem, de lengte van de simulaties en de complexiteit van het membraan, ’ voegde Timmerman eraan toe.

In werkelijkheid, de eigenschappen van zowel eiwitten als medicijnmoleculen kunnen worden gewijzigd door de omgeving van het membraan.

"Als resultaat, als we nauwkeurig willen bestuderen en voorspellen hoe zowel eiwitten als medicijnen zich op zichzelf gedragen, of bij interactie met elkaar, het is belangrijk om ze in de juiste omgeving te bestuderen. De invloed van het membraan kan betekenen dat hetzelfde medicijn en hetzelfde eiwit op verschillende manieren in verschillende organen van het lichaam kunnen interageren, ' zei Timmerman.

Carpenter's co-hoofdauteur, computationeel biofysicus Helgi Ingolfsson, merkte op dat hij de studie van het team - "Computational Lipidomics of the Neuronal Plasma Membrance" - om verschillende redenen "extreem interessant" vond.

"Het creëren van een realistisch complex neuronaal plasmamembraanmengsel was behoorlijk uitdagend en bracht een aantal hiaten in het huidige begrip van membraanbiologie aan het licht, ', aldus Ingolfsson.

"Zowel de neuronale als de gemiddelde menselijke membraanmodellen - misschien wel de meest complexe plasmamembraan-lipidemodellen tot nu toe - toonden niet-ideale laterale lipidenvermenging op verschillende lengte- en tijdschalen, het aantonen van de inherente complexiteit van biologische membranen."

Voorbij Carpenter en Ingolfsson, het team dat de produceerde Biofysisch tijdschrift het hoofdverhaal omvatte computerwetenschappers Harsh Bhatia en Peer-Timo Bremer en computerchemicus Felice Lightstone, heel LLNL; en Siewert-Jan Marrink, hoogleraar moleculaire dynamica aan de Rijksuniversiteit Groningen in Nederland.

De computersimulaties vergden ongeveer 5 miljoen centrale verwerkingseenheid (CPU) uur op twee LLNL-computers, Taxi en Syrah. Als de simulaties waren uitgevoerd op een quad-core laptop, ze zouden ongeveer 140 jaar nodig hebben gehad.