Regulación de la interacción de anfifilos con membranas lipídicas modelo

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019Las bases fisicoquímicas que rigen el fenómeno de inserción de moléculas anfitrópicas de moderada solubilidad en agua (como los anfifilos propuestos en esta tesis) a biomembranas no están claramente dilucidadas en la actualidad. Este fenómeno es de vital importancia tanto para la acción farmacológica de una gran cantidad de fármacos como para distintos eventos que rigen la función celular. En este sentido los estudios biofísicos sobre la interacción de fármacos con membranas modelo proporcionan un método simple pero efectivo para comprender el papel de los lípidos de membrana en el transporte de fármacos y la eficiencia de sistema de liberación de fármacos a través de barreras biológicas. En este trabajo de tesis nos propusimos estudiar los cambios que producen anfifilos relativamente solubles en soluciones acuosas sobre membranas lipídicas modelos. Planteándonos como objetivo general estudiar las diferencias en la capacidad de sistemas modelo de membranas biológicas con distintas propiedades estructurales y reológicas de incorporar moléculas anfitrópicas. Además, nos propusimos investigar los cambios inducidos sobre las propiedades biofísicas, estructurales y dinámicas de membranas aceptoras por la interacción con estos anfifílos. Para ello empleamos una amplia de batería de compuestos lipídicos con lo que construimos estructuras autoensambladas (monocapas y bicapas) utilizadas como modelos de membrana. De modo que nos permitió el control tanto de las propiedades físicas de continuo (estado de fases, compresibilidad, fluidez, electrostática de la película, etc…) como de la microestructura de las membranas (presencia de dominios lipídicos en coexistencias de fases lateral). Para la caracterización de las membranas de los anfifilos, así como para los estudios de interacción anfifilo- membrana utilizamos diferentes técnicas que incluyeron: Balanza de Langmuir, microscopia de ángulo de Brewster (BAM), microscopia de fuerza atómica (AFM), microscopia de fluorescencia confocal, calorimetría diferencial de barrido (DSC), entre otras. Resumen General Nuestros estudios han resaltado la importancia de las propiedades estructurales y reológicas de las distintas membranas lipídicas utilizadas (estados de fase, compresibilidad, difusión lateral y presencia de dominios lipídicos) en la interacción con estas familias de anfifilos. De estos estudios surge la compresibilidad de la membrana como el principal parámetro físico que rige la incorporación de los mismos, y a su vez observándose un fuerte patrón que indica que su inserción en biomembranas resulta en películas más elásticas. Hemos visto que esta capacidad de los anfifilos estudiados de perturbar la membrana adquiere la mayor relevancia en el contexto de permeación dérmica mejorada de fármacos a través del estrato córneo (SC) en piel o en eventos relacionados con el metabolismo lipídico tanto sobre su actividad enzimática de fosfolipasas como en el efecto estructural que sus productos ejercen sobre la membrana huésped. En general estos resultados contribuyeron a una mejor comprensión del mecanismo de interacción de estos anfifilos con membranas lipídicas. Lo cual es importante en el contexto de que estos anfifilos ejercen su acción al interaccionar con membranas biológicas. Los mismos son utilizados en tratamientos de enfermedades infecciosas desatendidas para la Argentina, como es la Leishmaniasis, para el tratamiento de cáncer o como el caso de la psicosina, involucrados en procesos de desmielinización que conllevan a alteraciones severas en el sistema nervioso central.202

Miltefosine inhibits the membrane remodeling caused by phospholipase action by changing membrane physical properties

Miltefosine (hexadecylphosphocholine or HePC) is an alkylphosphocholine approved for the treatment of visceral and cutaneous Leishmaniasis. HePC exerts its effect by interacting with lipid membranes and affecting membrane-dependent processes. The molecular geometry of HePC suggests that the pharmacological function of HePC is to alter membrane curvature. As a model system, we studied the enzyme production in model membranes of diacylglycerol (DAG) or ceramide (CER), lipids involved in cell signaling which alter the structure of membranes. Here, we studied the effect of HePC on changes in phospholipase activity and on the effect that the lipid products have on the curvature and fusogenicity of membranes where they accumulate. Our results indicate that HePC inhibits the long-time restructuring of membranes, characteristic of the DAG and CER enzyme formation processes. In addition, the drug also reduces the fusogenicity of phospholipase-derived products. We postulate that the effect of HePC is due to a non-specific geometric compensation of HePC to the inverted cone-shape of DAG and CER products, acting as a relaxation agent of membrane curvature stress. These data are important for understanding the mechanism of action by which HePC regulates the lipid metabolism and signal transduction pathways in which these enzymes are involved.Fil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. 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 Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Ambroggio, Ernesto Esteban. 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; 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

Self-assembled nanostructures of L-ascorbic acid alkyl esters support monomeric amphotericin B

Amphotericin B (AmB) is a highly effective antimicrobial, with broad antimycotic and antiparasitic effect. However, AmB poor water-solubilisation and aggregation tendency limits its use for topical applications. We studied the capacity of nanostructures formed by alkyl esters of L-ascorbic acid (ASCn) to solubilise AmB and tested the relationship between the prevalence of the monomeric form of AmB and its effectiveness as antimicrobial agent.Fil: Nocelli, Natalia Estefanía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; ArgentinaFil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. 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; ArgentinaFil: Millot, Marine. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Colazo, María Luz. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; 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: 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

Anti-atherogenic properties associated with the antioxidant activity from the hydrophilic extracts of Halimeda incrassata (Chlorophyta, Bryopsidales)

Seaweeds are a source of natural antioxidants having potential application in oxidative stress and associated diseases. In this work, anti-atherogenic properties associated with the antioxidant activity from the hydrophilic extracts of Halimeda incrassata were studied. The phenolic content assessed inthe aqueous extract and fraction phenolic acids (FPA) was 0.13 ± 0.05 and 0.47 ± 0.09 mg of gallic acid equivalents (GAE)/g dry seaweed, respectively. In DPPH?, radical scavenging assay fractions exhibited a dependent concentration. The seaweeds extract inhibited the desoxirribose oxidation in the presenceor absence of EDTA (IC50 = 1.91± 0.09 mg/mL) (IC50 = 2.95 ± 0.01 mg/mL). In vivo antioxidant properties of FPA-H.incrassata were investigated in rats with a CCl4-induced liver injury. Pre-treatment with H.incrassata led to approximately 50% reductions in liver TBARS levels. The treatment with H. incrassataFPA also increased the activity of the CAT enzyme, which in turn resulted in an enhanced antioxidantdefense. The expression of Catalase by PCR-RT technique demonstrated a higher gene expression when compared with that which was observed in the CCl 4-treated group. Antiatherogenic properties were studied in the inhibition of lipoprotein oxidation mediated by Cu2+ or HRP/H2O2, free radicalscavenging, and metal ion chelation, and it was dose dependent with a higher concentration needed for the aqueous extract than for the FPA fraction. Antioxidant activity was also improved in macrophages as evaluated in the cell supernatant (by TBARS formation); and by luminol enhanced chemiluminescence after cell activation with zymosan; and a degree of cell lipoperoxidation wasdecreased by the Halimeda incrassata extract. The results of this work add to the antioxidant potential of the seaweed for its application in oxidative stress associated conditions.Fil: Vidal-Novoa, Alexis. Universidad de la Habana. Facultad de Biología; CubaFil: Costa-Mugica, Ariadna. Universidad de la Habana. Facultad de Biología; CubaFil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. Universidad de la Habana. Facultad de Biología; Cuba. 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; ArgentinaFil: Diaz-Gutierrez, Daylín. Universidad de la Habana. Facultad de Biología; CubaFil: de Oliveira e Silva, Ana, Mara. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Vazquez, Ana María. Center For Molecular Inmunology; CubaFil: Claudina, Zaldívar-Munoz. Universidad de la Habana. Facultad de Biología; CubaFil: Dalva, Assuncao Portari de Mancini. Institute Butantan Sao Paulo; BrasilFil: Mancini-Filho, Jorge. Universidade de Sao Paulo; Brasi

Special Issue: Dynamics and Nano-Organization in Plasma Membranes

Cell membranes develop extraordinarily complex lipids and proteins geared to perform functions required by cells [...

Crossregulation between the insertion of Hexadecylphosphocholine (miltefosine) into lipid membranes and their rheology and lateral structure

Hexadecylphosphocholine (HePC, miltefosine) is an alkylphospholipid used clinically for the topical treatment of cancer and against leishmaniasis. The mechanism of action of HePC, not yet elucidated, involves its insertion into the plasma membrane, affecting lipid homeostasis. It has also been proposed that HePC directly affects lipid raft stability and function in cell membranes. The present work deals with two main questions in the understanding of the action of HePC: the bases for membrane selectivity and as a membrane perturbator agent. We explored the interaction of HePC with lipid monolayers and bilayer vesicles, combining monolayer penetration experiments, Brewster angle microscopy and differential scanning calorimetry. Several membrane compositions were tested to explore different rheological conditions, phase states and lateral structures. Additionally, the kinetics between the soluble and the membrane form of HePC was explored. Our results showed an increase in elasticity induced by HePC incorporation in all the membranes studied. Differential incorporation was found for membranes in different phase states, supporting a preferential partitioning and a higher dynamic kinetics of HePC incorporation into fluid membranes in comparison with condensed or liquid-ordered ones. This effect resulted in phase equilibrium displacement in phospholipids and membranes containing liquid-ordered domains. The presence of cholesterol or ergosterol induced a fast incorporation and slow desorption of HePC from sterol-containing monolayers, favoring a long residence period within the membrane. This contributes to a better understanding of the HePC regulation of membrane-mediated events and lipid homeostasis.Fil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. 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; 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

What can we learn about amphiphile-membrane interaction from model lipid membranes?

Surface-active amphiphiles find applications in a wide range of areas of industry such as agrochemicals, personal care, and pharmaceuticals. In many of these applications, interaction with cell membranes is a key factor for achieving their purpose. How do amphiphiles interact with lipid membranes? What are their bases for membrane specificity? Which biophysical properties of membranes are susceptible to modulation by amphiphilic membrane-effectors? What aspects of this interaction are important for performing their function? In our work on membrane biophysics over the years, questions like these have arisen and we now share some of our findings and discuss them in this review. This topic was approached focusing on the membrane properties and their alterations rather than on the amphiphile structure requirements for their interaction. Here, we do not aim to provide a comprehensive list of the modes of action of amphiphiles of biological interest but to help in understanding them.Fil: Fanani, Maria Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. 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; ArgentinaFil: Nocelli, Natalia Estefanía. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. 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; ArgentinaFil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. 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 Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentin

Psychosine remodels model lipid membranes at neutral pH

β-Galactosylsphingosine or psychosine (PSY) is a single chain sphingolipid with a cationic group, which is degraded in the lysosome lumen by β-galactosylceramidase during sphingolipid biosynthesis. A deficiency of this enzyme activity results in Krabbe's disease and PSY accumulation. This favors its escape to extralysosomal spaces, with its pH changing from acidic to neutral. We studied the interaction of PSY with model lipid membranes in neutral conditions, using phospholipid vesicles and monolayers as classical model systems, as well as a complex lipid mixture that mimics the lipid composition of myelin. At pH 7.4, when PSY is mainly neutral, it showed high surface activity, self-organizing into large structures, probably lamellar in nature, with a CMC of 38 ± 3 μM. When integrated into phospholipid membranes, PSY showed preferential partition into disordered phases, shifting phase equilibrium. The presence of PSY reduces the compactness of the membrane, making it more easily compressible. It also induces lipid domain disruption in vesicles composed of the main myelin lipids. The surface electrostatics of lipid membranes was altered by PSY in a complex manner. A shift to positive zeta potential values evidenced its presence in the vesicles. Furthermore, the increase of surface potential and surface water structuring observed may be a consequence of its location at the interface of the positively charged layer. As Krabbe's disease is a demyelinating process, PSY alteration of the membrane phase state, lateral lipid distribution and surface electrostatics appears important to the understanding of myelin destabilization at the supramolecular level.Fil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. 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; ArgentinaFil: Caby, Sofia. 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; ArgentinaFil: Bongarzone, Ernesto R. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. University of Illinois; Estados UnidosFil: 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

L-ascorbic acid alkyl esters action on stratum corneum model membranes: an insight into the mechanism for enhanced skin permeation

L-ascorbic acid alkyl esters (ASCn) are lipophilic forms of vitamin C, which act as skin permeation enhancers. We investigated the physical changes induced by incorporating ASCn into stratum corneum (SC) lipid membranes and correlated this with the mechanism proposed in the literature for skin permeation enhancement phenomena. We used lipid monolayers to explore the 2D structure and elasticity of the lipid-enhancer systems. As a comparison, the classic permeation enhancer, oleic acid (OA) and the non-enhancer analogue stearic acid (SA) were analysed. The incorporation of ASCn or OA into SC membranes resulted in more liquid-like films, with a dose-dependent lowering of the compressibility modulus. Brewster angle microscopy (BAM) evidenced partial miscibility of the enhancer with SC lipid components, stabilising the liquid-expanded phase. At the nanoscale, AFM showed that SC lipids form heterogeneous membranes, which underwent structural alterations after incorporating ASCn and fatty acids, such as SA and OA. The lower, cholesterol-enriched phase appears to concentrate the enhancers, whilst the higher ceramide-enriched phase concentrated the non-enhancer SA. Our results and previously reported pieces of evidence indicate a strong pattern in which the rheological properties of SC lipid films are determinant for skin permeation phenomena.Fil: de las Mercedes Zulueta Díaz, Yenisleidy. 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; ArgentinaFil: Menghi, Karen. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: Guerrero, Maria Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: Nocelli, Natalia Estefanía. 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; 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

Arginine-based surfactants alter the rheological and in-plane structural properties of stratum corneum model membranes

Hypothesis: Amino acid-based surfactants have been proposed as skin permeation enhancers. In this work, we investigated the potentiality of two arginine-based amphiphiles as permeation enhancers by studying their interaction with stratum corneum (SC) model lipid membranes. Experiments: Nα-benzoyl arginine decyl- and dodecylamide were tested in comparison with the classical enhancer, oleic acid, and the non-enhancer, stearic acid. Two complementary approaches were used: lipid monolayers, taken as models of the unit film layer of SC, and atomistic molecular dynamics simulations. Findings: The arginine-based amphiphiles studied were able to be incorporated into the SCM membrane and alter its rheological and structural properties by disordering the lipid chains, enhancing membrane elasticity, and thinning the overall membrane. They also affected the lateral structure of heterogeneous SC membranes at the nanoscale by relaxing and rounding the domain borders. Our work shows that the alteration observed of the overall rheological and structural properties of the SC membranes appears to be a shared ability for several amphiphilic permeation enhancers. Our results encourage future exploration of those amphiphiles as skin permeation enhancers.Fil: Hermet, Melisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Espinosa Silva, Yanis Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos; ArgentinaFil: Fait, María Elisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Zulueta Díaz, Yenisleidy de Las Mercedes. 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; ArgentinaFil: Morcelle del Valle, Susana Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Bakas, Laura Susana. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Alvarez, Hugo Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos; Argentina. Universidad Nacional Arturo Jauretche; 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