Пассивный перенос фуллеренов C60 через липидную мембрану: исследование методом молекулярно-динамического моделирования

Чтобы оценить влияние уникальных свойств фуллеренов на их взаимодействие с липидными мембранами и пассивное проникновение в них, проведено атомистическое молекулярно-динамическое моделирование фуллерена C60 в полностью гидратированной мембране из димиристоилфосфатидилхолина. В ходе моделирования свободную энергию и коэффициент диффузии фуллерена определяли в зависимости от его положения в мембране. Эти параметры использовали для расчёта проницаемости мембраны для фуллеренов. Моделирование показало, что свободная энергия снижается по мере перемещения фуллерена из водной фазы через слой полярных головок в гидрофобное ядро мембраны. Это снижение обусловлено не гидрофобными взаимодействиями, а более сильными ван-дер-ваальсовыми (дисперсионными) взаимодействиями фуллерена с мембраной по сравнению с его взаимодействиями с объёмной водой. Энергетического барьера, препятствующего переходу фуллерена из водной фазы в липидное ядро мембраны, не обнаружено. В сочетании с выраженным распределением фуллеренов в липидном ядре такое проникновение без энергетического барьера обеспечивает исключительно высокую проницаемость липидной мембраны для фуллеренов — выше, чем для любого другого известного вещества, проникающего через мембрану. При ослаблении в модели дисперсионных взаимодействий фуллерена с окружающей средой, что имитировало нанометровую гидрофобную частицу, возникал значительный энергетический барьер для проникновения через слой полярных головок. Это указывает на то, что высокая проницаемость липидных мембран для фуллеренов обусловлена особенностями их взаимодействия с окружающей средой.