Nanoemulsions of synthetic rhamnolipids act as plant resistance inducers without damaging plant tissues or affecting soil microbiota

Plant pathogens and pests can cause significant losses in crop yields, affecting food security and the global economy. Many traditional chemical pesticides are used to combat these organisms. This can lead to the development of pesticide-resistant strains of pathogens/insects and negatively impact the environment. The development of new bioprotectants, which are less harmful to the environment and less likely to lead to pesticide-resistance, appears as a sustainable strategy to increase plant immunity. Natural Rhamnolipids (RL-Nat) are a class of biosurfactants with bioprotectant properties that are produced by an opportunistic human pathogen bacterium. RL-Nat can act as plant resistance inducers against a wide variety of pathogens. Recently, a series of bioinspired synthetic mono-RLs produced by green chemistry were also reported as phytoprotectants. Here, we explored their capacity to generate novel colloidal systems that might be used to encapsulate bioactive hydrophobic compounds to enhance their performance as plant bioprotectants. The synthetic mono-RLs showed good surfactant properties and emulsification power providing stable nanoemulsions capable of acting as bio-carriers with good wettability. Synthetic RLs-stabilized nanoemulsions were more effective than RLs suspensions at inducing plant immunity, without causing deleterious effects. These nanoemulsions were innocuous to native substrate microbiota and beneficial soil-borne microbes, making them promising safe bio-carriers for crop protection

Estudio dinámico de la relación estructura-composición nanopartículas y filmes lipídicos

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2021Los lípidos, de origen vegetal o animal, han ganado un renovado interés como excipientes de formulaciones farmacéuticas para la administración de drogas hidrofóbicas por vía parenteral, debido a sus capacidades de aumentar la biodisponibilidad de los fármacos y disminuir la variabilidad en las concentraciones plasmáticas. Por otra parte, las miniemulsiones de lípidos (ME) son dispersiones de aceite en agua con un tamaño de partícula en el rango de 100 nm hasta < 1 μm, estabilizadas por una capa interfasial de un tensioactivo y son sistemas comúnmente utilizados para encapsular, mantener y liberar moléculas de interés farmacológico. En este contexto, los filmes monomoleculares de Langmuir (LF) en la interfase líquido/líquido se pueden utilizar como modelos experimentales para investigar el comportamiento dinámico de los tensioactivos en la interfase agua/aceite en una ME. La información obtenida a partir de LF nos permite definir parámetros tales como la densidad molecular máxima de los tensioactivos, la composición molecular, la solubilidad mutua de los componentes en la interfase y el área molecular media de los componentes en función de la presión lateral interfasial. Hasta el momento, se ha aprendido mucho sobre monocapas de tensioactivos insolubles en la interfase agua-aire, pero no se han realizado suficientes esfuerzos para aplicar la metodología de monocapas en la interfase aceite/agua debido a las amplias dificultades experimentales que implica. Por lo tanto, en esta tesis se discute como eje central la aplicación de esta técnica para estudiar desde un punto de vista biofísico la composición y el comportamiento termodinámico de monocapas de fosfolípidos (EPC o DPPC) en la interfase vaselina/agua, cuyos resultados son utilizados luego para optimizar formulaciones de ME. Adicionalmente, con la intención de remarcar la versatilidad y utilidad de estos sistemas como potenciales candidatos en aplicaciones biomédicas se demuestra, mediante el uso de surfactantes sintéticos, cómo las partículas de una ME pueden utilizarse como molde en un proceso de polimerización interfasial para obtener así nanocápsulas de sílice útiles para encapsular sustancias de interés. A los fines de evaluar esta encapsulación se utiliza, de manera exitosa, la Dexametasona (DXM) como droga modelo.2023-02-28Fil: Mottola, Milagro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.Fil: Perillo, María Angelica. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Perillo, María Angelica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; Argentina.Fil: Fanani, María Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.Fil: Fanani, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.Fil: Vico, Raquel Viviana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina.Fil: Vico, Raquel Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.Fil: Sánchez, Julieta María. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos; Argentina.Fil: Sánchez, Julieta María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; Argentina.Fil: Chiaramoni, Nadia Silvia. Universidad Nacional de La Plata; Argentina.Fil: Chiaramoni, Nadia Silvia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular; Argentina

Langmuir films at the oil/water interface revisited

Abstract We studied monomolecular layers at the oil/water interface (O/Wint) in a Langmuir interfacial trough using egg-yolk phosphatidylcholine (EPC) (the model phospholipid) and Vaseline (VAS) as oil phase. The temporal dynamics in the surface pressure (π) evolution depended on the method (spreading/adsorption) used for monolayers preparation and reflected the different distribution of EPC between all the system compartments (bulk phases and interfaces). We distinguished between EPC located either stable at the interface or hopping between the interface and bulk phases. The size order of the apparent mean molecular area, at constant π, of EPC at different interfaces (EPCO/W > EPC/VAS0.02;A/W > EPCA/W), suggested that VAS molecules intercalated between the hydrocarbon chains of EPCO/W, at a molar fraction x VAS > 0.02. However, EPC/VAS0.02;A/W showed the highest compressional free energy. This leaded us to study the EPC/VAS0.02 mixture at A/W by Brewster Angle Microscopy (BAM), finding that upon compression VAS segregated over the monolayer, forming non-coalescent lenses (as predicted by the spreading coefficient S = −13 mN/m) that remained after decompression and whose height changed (increase/decrease) accompanied the compression/decompression cycle. At the O/Wint, while some VAS molecules remained at the interface up to the collapse, others squeezed out towards the VAS bulk phase with an energy requirement lower than towards the air

Alkyl esters of l-ascorbic acid: Stability, surface behaviour and interaction with phospholipid monolayers

l-ascorbic acid alkyl esters (ASCn) are molecules of pharmaceutical interest for their amphiphilic nature and proposed antioxidant power. In contrast to l-ascorbic acid, ASCn with different acyl chain lengths behaved stably upon oxidation and a tautomeric isomerization was observed. In Langmuir films, when the ascorbic ring has a negative charge, ASC14 and ASC16 form stable monolayers, contrary to ASC10 and ASC12. ASC16 films showed transition from liquid-expanded (LE) to liquid-condensed phase, whereas ASC14 showed only an LE phase. When ASCn are mainly neutral, ASC14 showed phase transition from LE to a crystalline phase, as previously reported for ASC16. The two-dimensional domains displayed crystal-like shapes with anisotropic optical activity when interacting with the polarized light under Brewster angle microscopy. The compounds with the longer acyl chain (ASC16, ASC14 and ASC12) exhibited good surface activity, forming Gibbs monolayers. They also were able to penetrate into phospholipid monolayers up to a critical point of 45-50mN/m. The 1-palmitoyl-2-oleoylphosphatidylcholine/ASCn films showed LC and/or crystalline domains only for ASC16. This study provides valuable evidence regarding the stability and surface properties of this drug family, and casts light into the differential interaction of these drugs with lipid membranes, which is important for understanding its differential pharmacological activity.Fil: Mottola, Milagro. 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. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Vico, Raquel Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Villanueva, Martín Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: 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; Argentin

Synthetic silica nano-organelles for regulation of cascade reactions in multi-compartmentalized systems

In eukaryotic cells, enzymes are compartmentalized into specific organelles so that different reactions and processes can be performed efficiently and with a high degree of control. In this work, we show that these features can be artificially emulated in robust synthetic organelles constructed using an enzyme co-compartmentalization strategy. We describe an in situ encapsulation approach that allows enzymes to be loaded into silica nanoreactors in well-defined compositions. The nanoreactors can be combined into integrated systems to produce a desired reaction outcome. We used the selective enzyme co-compartmentalization and nanoreactor integration to regulate competitive cascade reactions and to modulate the kinetics of sequential reactions involving multiple nanoreactors. Furthermore, we show that the nanoreactors can be efficiently loaded into giant polymer vesicles, resulting in multi-compartmentalized microreactors.Fil: Jiang, Shuai. Max Planck Institute for Polymer Research; Alemania. Ocean University of China; ChinaFil: Da Silva, Lucas Caire. Max Planck Institute for Polymer Research; AlemaniaFil: Ivanov, Tsvetomir. Max Planck Institute for Polymer Research; AlemaniaFil: Mottola, Milagro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Landfester, Katharina. Max Planck Institute for Polymer Research; Alemani

Ascorbyl palmitate interaction with phospholipid monolayers: electrostatic and rheological preponderancy

Ascorbyl palmitate (ASC16) is an anionic amphiphilicmolecule of pharmacological interest due to its antioxidant properties. We found that ASC16 strongly interacted with model membranes. ASC16 penetrated phospholipid monolayers, with a cutoff near the theoretical surface pressure limit. The presence of a lipid filmat the interface favored ASC16 insertion compared with a bare air/water surface. The adsorption and penetration time curves showed a biphasic behavior: the first rapid peak evidenced a fast adsorption of charged ASC16 molecules to the interface that promoted a lowering of surface pH, thus partially neutralizing and compacting the film. The second rise represented an approach to the equilibrium between the ASC16 molecules in the subphase and the surface monolayer, whose kinetics depended on the ionization state of the film. Based on the Langmuir DMPC + ASC16 monolayer data, we estimated an ASC16 partition coefficient to DMPC monolayers of 1.5 × 105 30 Q2 and a ΔGp = −6.7 kcal·mol 31 −1. The rheological properties of the host membrane were determinant for ASC16 penetration kinetics: a fluid membrane, as provided by Chol, disrupted the liquid-condensed ASC16-enriched domains and favored ASC16 penetration. Subphase pH conditions affected ASC16 aggregation in bulk: the smaller structures at acidic pHs showed a faster equilibrium with the surface film than large lamellar ones. Our results revealed that the ASC16 interaction withmodelmembranes has a highly complex regulation. The polymorphism in the ASC16 bulk aggregation added complexity to the equilibrium between the surface and subphase form of ASC16, whose understanding may shed light on the pharmacological function of this drug.Fil: Mottola, Milagro. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (p); ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Benedini, Luciano Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Química del Sur; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Oliveira, Rafael Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Fanani, Maria Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; Argentin

The Rheological Properties of Lipid Monolayers Modulate the Incorporation of l‑Ascorbic Acid Alkyl Esters

In this work, we tested the hypothesis that the incorporation of amphiphilic drugs into lipid membranes may be regulated by their rheological properties. For this purpose, two members of the l-ascorbic acid alkyl esters family (ASC_<i>n</i>) were selected, ASC₁₆ and ASC₁₄, which have different rheological properties when organized at the air/water interface. They are lipophilic forms of vitamin C used in topical pharmacological preparations. The effect of the phase state of the host lipid membranes on ASC_<i>n</i> incorporation was explored using Langmuir monolayers. Films of pure lipids with known phase states have been selected, showing liquid-expanded, liquid-condensed, and solid phases as well as pure cholesterol films in liquid-ordered state. We also tested ternary and quaternary mixed films that mimic the properties of cholesterol containing membranes and of the stratum corneum. The compressibility and shear properties of those monolayers were assessed in order to define its phase character. We found that the length of the acyl chain of the ASC_<i>n</i> compounds induces differential changes in the rheological properties of the host membrane and subtly regulates the kinetics and extent of the penetration process. The capacity for ASC_<i>n</i> uptake was found to depend on the phase state of the host film. The increase in surface pressure resultant after amphiphile incorporation appears to be a function of the capacity of the host membrane to incorporate such amphiphile as well as the rheological response of the film. Hence, monolayers that show a solid phase state responded with a larger surface pressure increase to the incorporation of a comparable amount of amphiphile than liquid-expanded ones. The cholesterol-containing films, including the mixture that mimics stratum corneum, allowed a very scarce ASC_<i>n</i> uptake independently of the membrane diffusional properties. This suggests an important contribution of Cho on the maintenance of the barrier function of stratum corneum

Nanoemulsions of synthetic rhamnolipids act as plant resistance inducers without damaging plant tissues or affecting soil microbiota

International audiencePlant pathogens and pests can cause significant losses in crop yields, affecting food security and the global economy. Many traditional chemical pesticides are used to combat these organisms. This can lead to the development of pesticide-resistant strains of pathogens/insects and negatively impact the environment. The development of new bioprotectants, which are less harmful to the environment and less likely to lead to pesticide-resistance, appears as a sustainable strategy to increase plant immunity. Natural Rhamnolipids (RL-Nat) are a class of biosurfactants with bioprotectant properties that are produced by an opportunistic human pathogen bacterium. RL-Nat can act as plant resistance inducers against a wide variety of pathogens. Recently, a series of bioinspired synthetic mono-RLs produced by green chemistry were also reported as phytoprotectants. Here, we explored their capacity to generate novel colloidal systems that might be used to encapsulate bioactive hydrophobic compounds to enhance their performance as plant bioprotectants. The synthetic mono-RLs showed good surfactant properties and emulsification power providing stable nanoemulsions capable of acting as bio-carriers with good wettability. Synthetic RLs-stabilized nanoemulsions were more effective than RLs suspensions at inducing plant immunity, without causing deleterious effects. These nanoemulsions were innocuous to native substrate microbiota and beneficial soil-borne microbes, making them promising safe bio-carriers for crop protection

Química Biológica: guía de trabajos prácticos 2016

La presente Guía incluye una descripción de las actividades Experimentales de Laboratorio, de Resolución de Problemas y de Discusión de Trabajos Científicos que se desarrollan a lo largo de la asignatura Química Biológica. Está dirigida a los alumnos de Ciencias Biológicas y Profesorado en Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba. El objetivo principal de este documento es presentar el programa y el perfil de la asignatura, orientar a los alumnos en el estudio de los contenidos teóricos y reforzar el aprendizaje mediante un conjunto de actividades prácticas. El trabajo se desarrolla en pequeños grupos, con encuentros semanales, bajo la orientación de los docentes y con respeto a las normas de seguridad que aquí también se explican. Además de la versión impresa, esta guía está disponible en versión digital con acceso en la web a través del aula virtual de la FCEFYN, Universidad Nacional de Córdoba: http://lev2.efn.uncor.edu/Fil: Perillo, Maria Angelica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: García, Daniel A.. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Marin, Raul Hector. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Sanchez, Julieta Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Turina, Anahi del Valle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Clop, Eduardo Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Kembro, Jackelyn Melissa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Caruso, Benjamin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Nolan, María Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Sánchez, Mariela Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Carrer, Dolores Catalina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Burgos, Martha Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Miguel, Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Mariani, Maria Elisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Mottola, Milagro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Instituto de Investigaciones Biológicas y Tecnológicas; Argentin