Estudo de vesículas unilamelares gigantes por meio de microscopia óptica de fluorescência e confocal

A presente tese trata do estudo de vesículas lipídicas utilizando-se principalmente as técnicas de microscopia óptica de fluorescência e confocal. Vesículas unilamelares gigantes (GUVs) são modelos de membranas biológicas de suma importância na pesquisa científica por apresentarem tamanhos similares aos de células biológicas, permitindo a direta visualização das delas por meio de microscopia óptica e, assim, contribuindo para estudos de propriedades de membranas e mecanismo de interação com moléculas biológicas de interesse. O primeiro estudo desta tese refere-se ao mecanismo de fusão de GUVs, durante o crescimento pelo método de eletroformação, foi investigado através da técnica de microscopia óptica e confocal. Observações mostraram que as vesículas pequenas crescem em tamanho por meio de fusão com outras vesículas, aumentando de tamanho para formar as GUVs. Os resultados obtidos indicaram que a fusão ocorre entre vesículas que estão no mesmo substrato lipídico, não ocorrendo com vesículas já formadas em solução. Em seguida, verificou-se a resposta de GUVs constituídas por diferentes composições lipídicas em relação ao campo elétrico externo aplicado (AC), por meio de microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o campo elétrico (2 V e 60 Hz, por 2h) modifique alguns domínios em GUVs compostas de 25% de DOPC e 75% de SM. Além disso, observações de microscopia indicaram que GUVs constituídas de DOPC, DMPC e DLPC respondem de diferentes formas ao campo elétrico aplicado, bem como à diferença de pressão osmótica externa e interna das vesículas. As GUVs de DLPC apresentaram a maior deformação de membrana quando aplicada uma variação de tensão de 1 a 20 V. Em resposta a um meio externo mais concentrado em glicose formaram-se longos filamentos externos às GUVs que podem ser retraídos com a aplicação de um campo elétrico de 10 V e 20 Hz. Por fim, investigou-se a interação de GUVs compostas por lipídios majoritariamente encontrados nas plaquetas humanas com a urease de Jack bean (JBU), utilizando-se microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o efeito da JBU na membrana seja dependente da concentração, sendo capaz de se inserir na membrana das GUVs nas concentrações de 0,01 e 0,1 μM.Herein, we report the study of lipid vesicles using fluorescence and confocal microscopy. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are models of biological membranes, which are important in scientific research due to their similar size with biological cell, allowing direct visualization in optical microscopy. Thus, the use of GUVs contributes to studies of the properties of membranes and mechanism of interaction with biological molecules of interest. Firstly, the mechanism of GUVs fusion during growth by electroformation method was investigated by confocal microscopy. Observations have shown that small vesicles grow in size by fusing with neighboring vesicles, increasing in size to form GUVs. The results indicated that fusion between vesicles that are in the same lipid substrate is by far the predominant mechanism at play during giant vesicle electroformation. Further, we studied the response of GUVs composed of different lipid in relation to the external applied electric field (AC), by optical fluorescence microscopy. The results suggest that the electric field (2 V and 60 Hz, 2h) modify some domains in GUVs composed of 25% DOPC and 75% SM. In addition, microscopic observations indicated that GUVs of DOPC, DMPC, and DLPC respond differently to electric field applied and the difference in osmotic pressure outside and inside of the vesicles. The GUVs of DLPC showed the highest deformation of the membrane when applied to a range of 1 to 20 V. In response to an external environment more concentrated glucose were formed long filaments outside the GUVs that can be retracted by applying an electric field of 10 V and 20 Hz. Finally, we investigated the interaction of GUVs mainly composed of lipids found in human platelets with Jack Bean urease (JBU), using optical fluorescence microscopy. The results suggest that the effect of JBU on the membrane is concentration dependent, being able to insert itself in the membrane of GUVs at concentrations of 0.01 and 0.1 μM

Estudo físico-químico da interação da urease de jack bean com lipossomas miméticos de plaquetas humanas

O presente trabalho apresenta o estudo físico-químico da interação de lipossomas miméticos de plaquetas humanas (LM) com a urease de jack bean (JBU), bem como a interação com o surfactante Triton X-100. Realizou-se, também, um estudo físico-químico preliminar de LM com gangliosídeos (GG) em sua composição e a interação com a JBU e com o Triton X-100. Os LM foram preparados pelo método de evaporação em fase reversa. A interação da JBU e do Triton X-100 com os LM foi analisada pelas técnicas de Microscopia Óptica de Luz Polarizada (POM), Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS), Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS) e Velocimetria de Espalhamento de Luz (PZ). O estudo da interação de LM com a JBU revelou uma significativa mudança nas dimensões dos LM, que se mostrou mais pronunciada com uma maior concentração de JBU. Os dados de SAXS revelaram mudanças estruturais na membrana lipossômica, indicando que a JBU aumenta a distância de repetição lamelar, enquanto que o Triton X-100 diminui. Observou-se, também, uma mudança no potencial elétrico superficial dos LM na presença do JBU e do Triton X-100. Os LM com GG apresentaram um perfil de SAXS característico de lipossomas unilamerales, diferentemente dos LM sem GG, indicando que os GG foram incorporados na membrana. Os dados de SAXS sugerem que a JBU esteja interagindo com GG dos LM e não com a membrana lipossômica.This work presents the physical-chemical study of platelets mimetic liposomes (LM) interaction with jack bean urease (JBU), as well as interaction with the surfactant Triton X-100. The preliminary physical-chemical study was carried out with LM content gangliosides (GG) in its composition and its interaction with JBU and Triton X-100. The LM were prepared by reverse phase evaporation. The interaction of JBU and Triton X-100 with LM was analyzed by Polarized Optical Microscopy (POM), Dynamic Light Scattering (DLS), Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and Velocimetry Light Scattering (PZ). The study of the interaction of LM with JBU revealed a significant change in the LM dimensions, which was more pronounced with a higher concentration of JBU. The SAXS data indicate structural changes in the liposome membrane, indicating that the JBU cause an increase in the lamellar repeat distance, while the Triton X-100 decreases. The surface electric potential changed in the presence of JBU and Triton X-100 in the LM. The LM with GG showed a SAXS profile characteristic of unilamerales liposomes, unlike of LM without GG, indicating that the GG were incorporated into the membrane. The SAXS data suggest that JBU interacts with GG of the LM

Estudo físico-químico da interação da urease de jack bean com lipossomas miméticos de plaquetas humanas

O presente trabalho apresenta o estudo físico-químico da interação de lipossomas miméticos de plaquetas humanas (LM) com a urease de jack bean (JBU), bem como a interação com o surfactante Triton X-100. Realizou-se, também, um estudo físico-químico preliminar de LM com gangliosídeos (GG) em sua composição e a interação com a JBU e com o Triton X-100. Os LM foram preparados pelo método de evaporação em fase reversa. A interação da JBU e do Triton X-100 com os LM foi analisada pelas técnicas de Microscopia Óptica de Luz Polarizada (POM), Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS), Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS) e Velocimetria de Espalhamento de Luz (PZ). O estudo da interação de LM com a JBU revelou uma significativa mudança nas dimensões dos LM, que se mostrou mais pronunciada com uma maior concentração de JBU. Os dados de SAXS revelaram mudanças estruturais na membrana lipossômica, indicando que a JBU aumenta a distância de repetição lamelar, enquanto que o Triton X-100 diminui. Observou-se, também, uma mudança no potencial elétrico superficial dos LM na presença do JBU e do Triton X-100. Os LM com GG apresentaram um perfil de SAXS característico de lipossomas unilamerales, diferentemente dos LM sem GG, indicando que os GG foram incorporados na membrana. Os dados de SAXS sugerem que a JBU esteja interagindo com GG dos LM e não com a membrana lipossômica.This work presents the physical-chemical study of platelets mimetic liposomes (LM) interaction with jack bean urease (JBU), as well as interaction with the surfactant Triton X-100. The preliminary physical-chemical study was carried out with LM content gangliosides (GG) in its composition and its interaction with JBU and Triton X-100. The LM were prepared by reverse phase evaporation. The interaction of JBU and Triton X-100 with LM was analyzed by Polarized Optical Microscopy (POM), Dynamic Light Scattering (DLS), Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and Velocimetry Light Scattering (PZ). The study of the interaction of LM with JBU revealed a significant change in the LM dimensions, which was more pronounced with a higher concentration of JBU. The SAXS data indicate structural changes in the liposome membrane, indicating that the JBU cause an increase in the lamellar repeat distance, while the Triton X-100 decreases. The surface electric potential changed in the presence of JBU and Triton X-100 in the LM. The LM with GG showed a SAXS profile characteristic of unilamerales liposomes, unlike of LM without GG, indicating that the GG were incorporated into the membrane. The SAXS data suggest that JBU interacts with GG of the LM

Influência da quitosana na estrutura lipídica de lipossomas sob aquecimento

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Caracterização físico-química de lipossomas miméticos de plaquetas humanas

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Caracterização físico-química de lipossomas miméticos de plaquetas humanas

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A influência da quitosana na estrutura da bicamada e no comportamento mesomórfico de lipossomas de fosfatidilcolina

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A influência da quitosana na estrutura da bicamada e no comportamento mesomórfico de lipossomas de fosfatidilcolina

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Electroformation of Giant Unilamellar Vesicles: Investigating Vesicle Fusion versus Bulge Merging

Partially ordered stacks of phospholipid bilayers on a flat substrate can be obtained by the evaporation of a spread droplet of phospholipid-in-chloroform solution. When exposed to an aqueous buffer, numerous micrometric buds populate the bilayers, grow in size over minutes, and eventually detach, forming the so-called liposomes or vesicles. While observation of vesicle growth from a hydrated lipid film under an optical microscope suggests numerous events of vesicle fusion, there is little experimental evidence for discriminating between merging of connected buds, i.e., a shape transformation that does not imply bilayer fusion and real membrane fusion. Here, we use electroformation to grow giant unilamellar vesicles (GUVs) from a stack of lipids in a buffer containing either (i) nanometric liposomes or (ii) previously prepared GUVs. By combining different fluorescent labels of the lipids in the substrate and in the solution, and by performing a fluorescence analysis of the resulting GUVs, we clearly demonstrate that merging of bulges is the essential pathway for vesicle growth in electroformation