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物理学 > 生物物理

arXiv:1802.00472 (physics)
[提交于 2018年2月1日 ]

标题: 表面活性剂作用下脂质囊泡的脉动动力学由溶解动力学决定

标题: Solubilization kinetics determines the pulsatory dynamics of lipid vesicles exposed to surfactant

Authors:Morgan Chabanon, Padmini Rangamani
摘要: 我们建立了一个生物物理模型,用于描述暴露于表面活性剂中的脂质囊泡的动力学。由于表面活性剂分子的插入导致脂质膜的溶解,这在几乎恒定的囊泡体积下引起膜表面积的减少。这导致膜张力随速率增加,并引发微米级孔洞的打开。我们表明,由表面活性剂引起的溶解动力学可以决定孔洞动力学的区域:要么孔洞在一秒内打开并重新封闭(短暂孔洞),要么孔洞保持开放几分钟(长期孔洞)。首先,我们用之前发表的孔洞动力学实验测量结果验证了我们的模型。然后,我们研究了溶解动力学和膜特性如何影响孔洞的动力学,并构建了短暂孔洞和长期孔洞的相图。最后,我们检查了连续孔洞开启的动力学,并表明周期性短暂孔洞出现的周期与溶解速率成反比。通过推导循环周期的理论表达式,我们提供了一种分析工具,用于通过表面活性剂测量脂质囊泡的溶解速率。我们的发现揭示了一些基本的生物物理机制,这些机制使简单的类细胞结构能够在其对环境压力的完整性中持续存在,并有可能有助于设计基于囊泡的药物输送系统。
摘要: We establish a biophysical model for the dynamics of lipid vesicles exposed to surfactants. The solubilization of the lipid membrane due to the insertion of surfactant molecules induces a reduction of membrane surface area at almost constant vesicle volume. This results in a rate-dependent increase of membrane tension and leads to the opening of a micron-sized pore. We show that solubilization kinetics due to surfactants can determine the regimes of pore dynamics: either the pores open and reseal within a second (short-lived pore), or the pore stays open up to a few minutes (long-lived pore). First, we validate our model with previously published experimental measurements of pore dynamics. Then, we investigate how the solubilization kinetics and membrane properties affect the dynamics of the pore and construct a phase diagram for short and long-lived pores. Finally, we examine the dynamics of sequential pore openings and show that cyclic short-lived pores occur at a period inversely proportional to the solubilization rate. By deriving a theoretical expression for the cycle period, we provide an analytic tool to measure the solubilization rate of lipid vesicles by surfactants. Our findings shed light on some fundamental biophysical mechanisms that allow simple cell-like structures to sustain their integrity against environmental stresses, and have the potential to aid the design of vesicle-based drug delivery systems.
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 软凝聚态物理 (cond-mat.soft); 亚细胞过程 (q-bio.SC)
引用方式: arXiv:1802.00472 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:1802.00472v1 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1802.00472
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1112/jlms.12217
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来自: Morgan Chabanon [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2018 年 2 月 1 日 19:47:38 UTC (3,724 KB)
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