بررسي اثر انحناي ذاتي و هيئت اوليه غشاء بر تكامل شكل وزيكول دوفازي

Investigation of spontaneous curvature and membrane initial configuration on shape evolution of two-component vesicle

در تحقيق پيش‌ رو وابستگي تغيير شكل وزيكول‌هاي با غشاي دولايه چربي به هيئت اوليه و انحناي ذاتي (عدم تقارن موضعي تك لايه‌ها) بررسي‌شده است. ازآنجايي‌كه مدل‌سازي تكاملي به‌عنوان تعميم و معيار ارزيابي روش‌هاي تعادلي مطرح هست، از مدل تكاملي استفاده‌شده كه بر اساس تعادل بين نيروي حاصل از پتانسيل خمشي غشاء و نيروي موضعي اصطكاك سيال محيطي در هر دامنه توسعه‌يافته و در آن از اثرات اينرسي غشا صرف‌نظر شده است. پارامترهاي مهمي مثل نسبت اندازه هر فاز و نيز اثر حضور پروتئين‌ها در قالب تركيبات مختلف انحناي ذاتي در هر دو دامنه مطالعه شده است. شرايط اوليه فرض شده، شامل شكل‌هاي ساده‌اي چون دمبلي، مقعرالطرفين و كروي تخت است كه معمولاً وزيكول‌ها به اين شكل‌ها در وضعيت‌هاي آزاد مشاهده‌شده‌اند. براي ارزيابي نتايج به‌دست‌آمده از مشاهدات آزمايشگاهي كه پيش‌ازاين منتشرشده، استفاده‌شده است. وضعيت‌هايي از وزيكول‌هاي همگن و دوفازي و گلبول قرمز تحت اثر انواع مكانيسم‌هاي القاي انحناي ذاتي مانند جنس غشاء، تغييرات غلظت محلول محيطي و پروتئين‌هاي غشايي مانند آلبومين در شباهت با نتايج شبيه‌سازي رياضي ارائه گرديده‌اند. امكان تغيير شكل غشاء در اثر انحناي مثبت يا منفي و بروز پديده‌هاي غشايي با هر شكل اوليه و توزيع انحناي ذاتي مختلف مورد بحث قرارگرفته است.

This article aims to study the effect of membrane initial configuration and the membrane spontaneous curvature (local asymmetry of layers) on the shape transformation of lipid bilayer vesicles. Since the evolutionary models are considered as a generalization to the equilibrium methods, the used model is developed based on the dynamic equilibrium between the membrane bending potential and the environmental fluid friction in each domain of two-phase vesicle. The effect of membrane inertia on the dynamics of the system is ignored. Key parameters are the size of each phase and different combinations of protein distribution as the local spontaneous curvature. Assumed initial conditions are simple shapes such as dumbbell, biconcave and oblate; free vesicles are usually visible in these shapes. Previously published experimental observations are used to evaluate the numerical results. Some situations of homogeneous and multi-phase vesicles and red blood cells under the influence of the spontaneous curvature induction mechanisms (for example, the composition of the membranes, membrane proteins such as albumin, environmental solution concentration changes) are simulated and the results presented in detail. The possibility of the membrane deformation and the relation of membrane phenomena with the primary form and various curvature distributions are discussed.