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Biomembranas

La membrana celular es un ensamblaje molecular auto-organizado que consiste de una bicapa lipídica en la cual se incorporan proteínas transmembranales y periféricas que cumplen una gran variedad de funciones de transporte y comunicación. Este ensamblaje es anclado por un sistema de proteínas designado citoesqueleto que brinda apoyo estructural y control en la organización. La bicapa lipídica no es simplemente un elemento structural que actua como barrera pasiva para la celula. En los últimos años se han elucidado diversas propiedades dinamicas y organizacionales de la membrana que ayudan a regular aspectos fisiológicos importantes. Por ejemplo, la membrana puede regular sus propiedades mecanicas a través de la composición lipidica (elasticidad y curvatura intrínseca). Esta regulación le otorga control sobre aspectos importantes como movilidad celular, división, la actividad de canales ionicos, señalización, y la capacidad de resistir la entrada de una particula viral, entre varios ejemplos. Adicionalmente, debido a las interacciones débiles entre lípidos, la membrana puede reorganizar sus componentes en la superficie a través de la formación de dominios lipídicos. Estos dominios permiten regular la distribución de moléculas de señalización sobre la superficie y controlar actividad enzimática.

En la Universidad de los Andes hemos desarrollado una estrategia multi-herramienta para estudiar los aspectos termodinámicos, mecánicos, y estructurales de las biomembranas con el fin de explorar como las propiedades físicas de estas estructuras pueden ser utilizados por la celula para la regulación de procesos fisiológicos. Como herramientas experimentales utilizamos espectroscopia de fluorescencia y FTIR para elucidar los aspectos físicos de la membrana, como el nivel de empaquetamiento, organización lateral y permeabilidad. Complementamos esto con diversas técnicas de microscopia (microscopia de fluorescencia y microscopia de fuerza atómica) para estudiar propiedades estructurales a nivel microscópico y nanoscópico. Entre algunas de las líneas de investigación que exploramos se encuentran: 1) ¿Como las propiedades biofísicas y mecánicas de membranas bacterianas patogénicas pueden inducir resistencia a antibióticos que actúan sobre la membrana? 2) La generación de células artificiales (GUVs) para estudiar la interacción de membranas con superficies en la escala celular. 3) Estudio de la incorporación de liposomas a astrocytos humanos con base en péptidos de fusión viral para el desarrollo de estrategias de transporte e incorporación de medicamentos. 4) Estructuras paracristalinas de receptores acoplados a proteínas G como un sistema para regular la dinámica de señalización.