Modelado dinámico a escala celular de las interacciones de la membrana con partículas de forma arbitraria

Área de la Ciencia:

• La biofísica
• Biología computacional
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• El modelado de interacciones de membrana a escala celular con geometrías complejas de partículas es un desafío computacional.
• Los métodos existentes luchan para capturar dinámicas acopladas de traslación y rotación de partículas de forma arbitraria que interactúan con membranas deformables.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco computacional versátil para simular interacciones dinámicas entre las vesículas lipídicas y las partículas rígidas de forma arbitraria.
• Investigar la influencia de la forma y la relación de masa de las partículas en la deformación de la membrana y la dinámica del envoltorio.

Principales métodos:

• Un marco computacional basado en la fuerza que utiliza mallas trianguladas para superficies de vesículas y partículas.
• Dinámica de Langevin para simular la deformación de la membrana y el movimiento de las partículas del cuerpo rígido.
• Dos modelos de interacción adhesiva: mapeo de vértice a vértice y proyección de vértice a superficie, con este último mostrando una mayor precisión.

Principales resultados:

• El marco simula con éxito las interacciones entre varias formas de partículas (cúbica, en forma de vara, en forma de cuenco, tetraédrica) y formas de vesículas (esféricas, en forma de cigarro, biconcavas).
• Las relaciones de masa más bajas entre partículas y vesículas mejoran la reorientación de las partículas y el envolvimiento completo de la membrana.
• Las relaciones de masa más altas restringen la reorientación de las partículas y favorecen la envoltura parcial estable de la membrana.

Conclusiones:

• El marco desarrollado proporciona un enfoque generalizable para estudios predictivos a escala celular de las interacciones membrana-partícula.
• Esta herramienta tiene aplicaciones potenciales en biofísica ambiental (por ejemplo, microplásticos) y nanomedicina.