Monocapas autoensambladas de alcanotioles y α, ω-alcanoditioles sobre oro: adsorción no específica de moléculas bioactivas, biomoléculas y vesículas

La ciencia bioinspirada permite el desarrollo de sistemas modelo tanto para estudios fundamentales como para aplicaciones tecnológicas. En este trabajo de Tesis se estudian las interacciones entre monocapas autoensambladas de alcanotioles sobre sustratos ordenados y altamente desordenados de Au y moléculas bioactivas, biomoléculas y vesículas para el desarrollo de sistemas biomiméticos. Este trabajo se organiza en 7 capítulos. El Capítulo 1 brinda una breve introducción de los conceptos clave empleados y los objetivos a seguir. El Capítulo 2 ofrece una descripción de las técnicas empleadas así como los detalles de operación. En los Capítulo 3-6 se presentan los resultados acerca del autoensamblado de alcanotioles y α,ω-alcanoditioles sobre oro (Cap. 3), la inmovilización de azul de metileno (MB) y Flavina-Adenina Dinucleótido (FAD) sobre monocapas autoensambladas de tioles (Cap. 4), la formación de bicapas de fosfolípidos sobre monocapas autoensambladas de ditiotreitol (DTT) (Cap. 5) y la formación de bicapas híbridas fosfolípido/tiol (Cap. 6). Finalmente, en el Capítulo 7 se presentan las conclusiones generales y en el Apéndice se adjuntan los trabajos publicados.Facultad de Ciencias Exacta

Monocapas autoorganizadas sobre metales: Adsorción no específica de moléculas bioactivas y su aplicación en el desarrollo de biosensores

Biotecnología es toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos. Aunque es un nombre que se ha escuchado recientemente –en las últimas décadasésta tecnología es milenaria, siendo el pan, el vino y la cerveza, algunos de los primeros productos obtenidos aplicando sus principios. Con los nuevos avances de la ciencia, adquirió nombre propio y se refiere más a un conjunto de tecnologías que abarca los campos de la ingeniería química, la biología y la bioquímica. Es decir, es una ciencia interdisciplinaria, que busca cubrir la etapa de investigación y desarrollo de nuevos productos y/o procesos. Una característica singular de la biotecnología es su transversalidad, que se presenta metafóricamente como una completa “caja de herramientas” aplicable a un sinnúmero de potenciales soluciones tecnológicas que sólo tiene sus fronteras en los límites de la imaginación de los científicos y tecnólogos. Además, gracias a la interacción entre distintas disciplinas se ha logrado la resolución de problemas que -siguiendo las técnicas convencionales- ya no podían ser resueltos. En este trabajo se pretendió estudiar sistemas biomiméticos utilizando conceptos de la química, la física y la biotecnología. ¿Qué es un sistema biomimético? Es, en el contexto de este trabajo, un sistema que intenta reproducir las interacciones en los ambientes biológicos mediante un modelo simple.Facultad de Ciencias Exacta

Cuando la razón se nutre de los afectos: reflexiones de jóvenes científicos en los desafíos de la ciencia en Latinoamérica

Sra. editora: A propósito del editorial publicado en esta revista (1), quisimos dirigirnos a usted, con la convicción de quetanto la medicina como las ciencias de las cuales se nutre y, especialmente, la investigación como práctica vinculantedeben comenzar a establecer un diálogo con otros tipos de saberes que permitan la generación de cambios que impactende forma profunda a las poblaciones

Surface Plasmon Resonance as a Characterization Tool for Lipids Nanoparticles used in drug delivery

The development of drug carriers based in lipid nanoparticles (LNPs) aims toward the synthesis of non-toxic multifunctional nanovehicles that can bypass the immune system and allow specific site targeting, controlled release and complete degradation of the carrier components. Among label free techniques, Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensing is a versatile tool to study LNPs in the field of nanotherapeutics research. SPR, widely used for the analysis of molecular interactions, is based on the immobilization of one of the interacting partners to the sensor surface, which can be easily achieved in the case of LNPs by hydrophobic attachment onto commercial lipid- capture sensor chips. In the last years SPR technology has emerged as an interesting strategy for studying molecular aspects of drug delivery that determines the efficacy of the nanotherapeutical such as LNPs' interactions with biological targets, with serum proteins and with tumor extracelullar matrix. Moreover, SPR has contributed to the obtention and characterization of LNPs, gathering information about the interplay between components of the formulations, their response to organic molecules and, more recently, the quantification and molecular characterization of exosomes. By the combination of available sensor platforms, assay quickness and straight forward platform adaptation for new carrier systems, SPR is becoming a high throughput technique for LNPs' characterization and analysis.Fil: Chain, Cecilia Yamil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Cisneros, José Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Ramirez, Eduardo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentin

Electrochemical Impedance Biosensor for Chagas Disease Diagnosis in Clinical Samples

Chagas disease (CD) is one of the main neglected tropical diseases, diagnosed mainly by serological tests performed in centralized laboratories, which severely limits the clinical management of the disease in communities with scarce resources. Herein, an electrochemical impedance biosensor for the detection of CD was developed for the first time using a cruzipain-based sensor surface. The protein, highly immunogenic and isolated from Trypanosoma cruzi, was immobilized over the surface of gold disc electrodes modified with 11-mercaptoundecanoic (MUA) and 6-mercapto-1-hexanol (MCH) self-assembled monolayers (SAMs). Reproducible sensor surfaces, yielding 38 ± 3% coverage as measured by Surface Plasmon Resonance, were obtained by amide coupling of 120 μg/mL cruzipain onto 1/10 MUA/MCH SAMs for 30 min. Under optimized operational conditions, the impedimetric immunosensor recognized specific interactions for anti-T. cruzi antibodies in 1/800 diluted human serum patient samples. The charge transfer resistance of the biosensors increases by ∼18% in the presence of the positive samples, whereas the negative samples give rise to a negligible increase of around 6%. An excellent selectivity to clinical samples from patients infected with T. cruzi was obtained. The clear signal difference obtained for positive and negative clinical samples highlights the applicability of the sensors for the point-of-care diagnosis of CD.</p

Electrochemical impedance biosensor for Chagas Disease diagnosis in clinical samples

Chagas disease (CD) is one of the main neglected tropical diseases, diagnosed mainly by serological tests performed in centralized laboratories, which severely limits the clinical management of the disease in communities with scarce resources. Herein, an electrochemical impedance biosensor for the detection of CD was developed for the first time using a cruzipain-based sensor surface. The protein, highly immunogenic and isolated from Trypanosoma cruzi, was immobilized over the surface of gold disc electrodes modified with 11-mercaptoundecanoic (MUA) and 6-mercapto-1-hexanol (MCH) self-assembled monolayers (SAMs). Reproducible sensor surfaces, yielding 38 ± 3% coverage as measured by Surface Plasmon Resonance, were obtained by amide coupling of 120 μg/mL cruzipain onto 1/10 MUA/MCH SAMs for 30 min. Under optimized operational conditions, the impedimetric immunosensor recognized specific interactions for anti-T. cruzi antibodies in 1/800 diluted human serum patient samples. The charge transfer resistance of the biosensors increases by ∼18% in the presence of the positive samples, whereas the negative samples give rise to a negligible increase of around 6%. An excellent selectivity to clinical samples from patients infected with T. cruzi was obtained. The clear signal difference obtained for positive and negative clinical samples highlights the applicability of the sensors for the point-of-care diagnosis of CD.Fil: Cisneros, José Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Chain, Cecilia Yamil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Labriola, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Scollo, Karenina. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; ArgentinaFil: Ruiz, Andres Mariano. Dirección Nacional de Instituto de Investigación. Administración Nacional de Laboratorio e Instituto de Salud “Dr. C. G. Malbrán”. Instituto Nacional de Parasitología "Dr. Mario Fatala Chaben”; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Estrela, Pedro. Department Of Electronic & Electrical Engineering; Reino UnidoFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentin

Impact of sphingomyelin acyl chain (16:0 vs 24:1) on the interfacial properties of Langmuir monolayers: a PM-IRRAS study

Membrane structure is a key factor for the cell`s physiology, pathology, and therapy. Evaluating the importance of lipid species such as N-nervonoyl sphingomyelin (24:1-SM) —able to prevent phase separation— to membrane structuring remains a formidable challenge. This is the first report in which polarization-modulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) is applied to investigate the lipid-lipid interactions in 16:0 vs 24:1-SM monolayers and their mixtures with 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) and cholesterol (Chol) (DOPC/SM/Chol 2:1:1). From the results we inferred that the cis double bond (Δ15) in 24:1-SM molecule diminishes intermolecular H-bonding and chain packing density compared to that of 16:0-SM. In ternary mixtures containing 16:0-SM, the relative intensity of the two components of the Amide I band reflected changes in the H-bonding network due to SM-Chol interactions. In contrast, the contribution of the main components of the Amide I band in DOPC/24:1-SM/Chol remained as in 24:1-SM monolayers, with a larger contribution of the non-H-bonded component. The most interesting feature in these ternary films is that the Cdouble bondO stretching mode of DOPC appeared with an intensity similar to that of SM Amide I band in DOPC/16:0-SM/Chol monolayers (a two-phase [Lo/Le] system), whereas an extremely low intensity of the Cdouble bondO band was detected in DOPC/24:1-SM/Chol monolayers (single Le phase). This is evidence that the unsaturation in 24:1-SM affected not only the conformational properties of acyl chains but also the orientation of the chemical groups at the air/water interface. The physical properties and overall H-bonding ability conferred by 24:1-SM may have implications in cell signaling and binding of biomolecules.Fil: Vázquez, Romina Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Química; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Pavinatto, Felippe J.. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Fanani, Maria Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Catolica de Córdoba. Facultad de Medicina. Departamento de Química Biologica; ArgentinaFil: Oliveira, Osvaldo N. Jr.. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Maté, Sabina María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentin

Boundary region between coexisting lipid phases as initial binding sites for Escherichia coli alpha-hemolysin: A real-time study

α-Hemolysin (HlyA) is a protein toxin, a member of the pore-forming Repeat in Toxin (RTX) family, secreted by some pathogenic strands of Escherichia coli. The mechanism of action of this toxin seems to involve three stages that ultimately lead to cell lysis: binding, insertion, and oligomerization of the toxin within the membrane. Since the influence of phase segregation on HlyA binding and insertion in lipid membranes is not clearly understood, we explored at the meso- and nanoscale - both in situ and in real-time - the interaction of HlyA with lipid monolayers and bilayers. Our results demonstrate that HlyA could insert into monolayers of dioleoylphosphatidylcholine/sphingomyelin/cholesterol (DOPC/16:0SM/Cho) and DOPC/24:1SM/Cho. The time course for HlyA insertion was similar in both lipidic mixtures. HlyA insertion into DOPC/16:0SM/Cho monolayers, visualized by Brewster-angle microscopy (BAM), suggest an integration of the toxin into both the liquid-ordered and liquid-expanded phases. Atomic-force-microscopy imaging reported that phase boundaries favor the initial binding of the toxin, whereas after a longer time period the HlyA becomes localized into the liquid-disordered (Ld) phases of supported planar bilayers composed of DOPC/16:0SM/Cho. Our AFM images, however, showed that the HlyA interaction does not appear to match the general strategy described for other invasive proteins. We discuss these results in terms of the mechanism of action of HlyA.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y AplicadasFacultad de Ciencias Exacta

Orientational Properties of DOPC/SM/Cholesterol Mixtures: A PM-IRRAS Study

Sphingomyelins (SM) and phosphatidylcholines (PC) are major lipid classes in the external plasma membrane leaflet of mammalian cells. A preferential interaction between SM and cholesterol (Cho) in both cell and model membranes has been proposed as central for the formation of Cho- and SM-rich domains in membranes. In this context, the relevance of the SM hydrophobic moiety on its interaction with Cho for domain stabilization has been investigated by our group (1-2). We report here on the effects of sphingomyelin structure on the orientational and conformational properties of monolayers of pure lipids and of two ternary lipid mixtures (DOPC/16:0SM/Cho and DOPC/24:1SM/Cho), which are relevant as mammalian cell membrane models. We investigated interchain interactions, hydrogen bonding, conformational and structural properties using in situ polarization modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS). Our results indicate that the particular properties conferred on sphingolipids by unsaturation have profound implications on membrane organization.Finally, we also explored the orientational and conformational changes in lipid monolayers of DOPC/16:0SM/Cho 2:1:1 after the adsorption/insertion of the active toxin HlyA and its unacylated nonhemolytic precursor ProHlyA, so as to complement our knowledge on the action mechanism of both proteins.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataComisión de Investigaciones Científicas de la provincia de Buenos AiresInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y AplicadasCentro de Investigación de Proteínas Vegetale

Volume expansion of erythrocytes is not the only mechanism responsible for the protection by arginine-based surfactants against hypotonic hemolysis

A novel arginine-based cationic surfactant Nα-benzoyl-arginine dodecylamide (Bz-Arg-NHC12) was synthesized in our laboratory. In this paper we study the interaction of Bz-Arg-NHC12 with sheep and human red blood cells (SRBC and HRBC respectively) due to their different membrane physicochemical/biophysical properties. SRBC demonstrated to be slightly more resistant than HRBC to the hemolytic effect of the surfactant, being the micellar structure responsible for the hemolytic effect in both cases. Moreover, besides the hemolytic effect, a dual behavior was observed for the surfactant studied: Bz-Arg-NHC12 was also able to protect red blood cells against hypotonic lysis for HRBC in a wide range of surfactant concentrations. However, the degree of protection showed for SRBC was about 50% lower than for HBRC. In this regard, a remarkable volume expansion was evidenced only for SRBC treated with Bz-Arg-NHC12, although no correlation with the antihemolytic potency (pAH) was found. On the contrary, our surfactant showed a greater pAH when human erythrocytes were submitted to hypotonic stress, with a low volume expansion, showing a higher amount of solubilized phospholipids in the supernatant when compared with SRBC behavior. Surface plasmon resonance measurements show the molecular interaction of the surfactant with lipid bilayers from HRBC and SRBC lipids, demonstrating that in the latter neither microvesicle release or lipid extraction occurred. Our results demonstrate that the volume expansion of erythrocytes is not the only mechanism responsible for the protection by surfactants against hypotonic hemolysis: volume expansion could be compensated via microvesicle release or by the extraction of membrane components upon collisions between red blood cells and surfactant aggregates depending on the membrane composition.Centro de Investigación de Proteínas VegetalesInstituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada