Efecto de la adición de 6-O-Miristil sacarosa sobre la bicapa de liposomas de POPC y vesículas de DODAC

Abstract

En la industria de los surfactantes es cada vez mayor el interés en la producción y aplicación de compuestos derivados de fuentes renovables, entre los cuales se pueden destacar los ésteres de sacarosa. Estos surfactantes son compuestos biodegradables de baja toxicidad, no sensibilizantes, no alergénicos, adecuados como emulsificantes, emolientes y humectantes. La utilización de diferentes tipos de surfactantes en la extracción de lípidos o como agentes solubilizantes de membranas lipídicas, involucra también el empleo de liposomas como modelos de membrana. En este contexto, es de especial relevancia conocer cómo interactúan los ésteres de sacarosa con la bicapa de vesículas o liposomas. Los liposomas o vesículas son agregados coloidales formados por una o más bicapas cerradas que incluyen en su interior una pequeña fracción del medio acuoso en el que se encuentran dispersos. Debido a sus características morfológicas y estructurales, los liposomas son utilizados comúnmente como modelos de membrana celular. Por esta razón, la obtención de sistemas que simulen el medio biológico involucra la síntesis de membranas compuestas por mezclas de fosfolípidos y colesterol. Los esteroles son esenciales a nivel regulatorio y estructural en la organización lateral de las membranas celulares. Su presencia afecta de manera importante las propiedades físicas de membranas sintéticas, observándose comportamientos que han sido asociados a la existencia de microdominios en las membranas celulares. En este trabajo se estudiaron las interacciones entre un éster de sacarosa, surfactante no iónico, y liposomas de distinto tamaño, origen y diferente actividad superficial: 1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfatidilcolina, POPC, de origen natural y carácter zwitteriónico y cloruro de dioctadecildimetilamonio, DODAC, molécula anfipática de origen sintético y carga positiva. El éster de sacarosa seleccionado fue el β-D-fructofuranosil-6-O-miristil-α-D-glucopiranósido (MMS), monoéster de sacarosa derivado del ácido mirístico. Todos los sistemas fueron caracterizados en presencia y ausencia de diferentes proporciones de colesterol. Además, se realizaron estudios cinéticos de extracción de colesterol desde membranas para conocer como la presencia del éster de sacarosa afecta la estructuración y permeabilidad de la bicapa. También se estudió el proceso de solubilización de los distintos sistemas para evaluar el efecto de la presencia de colesterol sobre los fenómenos de saturación y solubilización de la vesícula por el éster de sacarosa seleccionado. Finalmente, se siguió el proceso de solubilización en modelos reales utilizando eritrocitos humanos. Los liposomas fueron preparados utilizando técnicas de electroformación, ultrasonicación y extrusión. Para la determinación de las propiedades físicas de la membrana se emplearon metodologías de emisión convencional y de microscopía multifotónica, utilizando como sonda fluorescente el 6-dodecanoil-2-dimetilaminonaftaleno, Laurdan, molécula sensible a los cambios de polaridad de su microentorno, por lo que permite caracterizar bicapas de sistemas microcompartimentalizados. Los resultados obtenidos permitieron descartar la influencia del radio de curvatura sobre las variaciones en la fluidez de la membrana, en las condiciones de temperatura y composición estudiadas. La presencia de colesterol en los sistemas de trabajo mostró el comportamiento esperado, rigidizando la membrana tanto en el estado líquido-cristalino como en el estado gel. En la mayor parte de las experiencias realizadas, la adición de miristil sacarosa permitió observar efectos diferentes en cada uno de los sistemas estudiados, liposomas de POPC y vesículas de DODAC. Como consecuencia, es posible inferir una ubicación distinta de la sacarosa en la interfase, que dependería fundamentalmente del tamaño de la cabeza de la molécula anfipática que conforma el microagregado

A great interest in the production and application of compounds derived from natural resources has been shown by the industry of surfactants, among them sucrose esters are outstanding. These are biodegradable compounds of low toxicity, no sensitizing, hypoallergenic and very good as emulsifiers, emollients and humectants. One of the most interesting applications of these compounds is its use in lipid extraction or as solubilizing agents of lipidic membranes. In this field, liposomes are commonly used as a comprehensive tool of many biological mechanisms, as consequence, is necessary to understand the interactions of these kind of surfactants with different bilayers. Liposomes or vesicles are colloidal aggregates conformed by one or more concentric bilayers that enclose part of the aqueous medium where they are dispersed. Due to their structural characteristics, the liposomes are commonly used mimicking cellular membranes. The obtention of systems that mimics the biological medium involve the preparation of membranes composed by mixtures of phospholipids and cholesterol. The sterols presence is essentials at the regulator and structural level in the lateral organization of cellular membranes. Its presence strongly affects the physical properties of synthetic membranes, the experimentally observed behaviors have been associated to the existence of rafts in cellular membranes. In this work, the interactions between a sucrose ester, nonionic surfactant, and liposomes of different size, origin and different superficial properties were studied: 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (POPC) of natural origin and zwitterionic surface, and Dioctadecyldimethylammonium Chloride (DODAC), amphiphilic molecule of synthetic origin and positive charge. The sucrose ester selected was β-D-fructofuranosyl-6-O-miristyl-α-D-glucopyranoside (MMS), sucrose monoester derivate of miristic acid. All systems were characterized in the presence and absence of different proportions of cholesterol. Furthermore, kinetic studies of cholesterol extraction from membranes were made, in order to distinguish the effect of the presence of sucrose ester on the permeability and structure of the bilayer. Also, the solubilization process of the different systems was studied, with the aim of evaluate the effect of the cholesterol presence on the saturation and solubilization phenomena. Finally, the solubilization process was followed in real models, using human red blood cells. Liposomes were prepared using electroformation, ultrasonication and extrusion techniques. To determine the physical properties of the membrane, conventional emission and multiphotonic microscopy methodologies were employed, with 6-dodecanoyl-2-dimethylaminonaphtalene (Laurdan) as fluorescent probe, this compound is able to sense changes in the microenvironment, allowing characterize compartmentalized systems. According obtained results there is no effect of surface curvature and membrane fluidity, at the temperature and composition studied. The cholesterol presence yields the expected results making more rigid the gel and liquid crystalline phases. Both studied systems (POPC liposomes and DODAC vesicles) behave in different manner in the presence of MMS, so a dissimilar spatial arrangement of sucrose heads can be proposed for each system, being the location in principle function of the lipidic head size