Динамические свойства монослоев легочных липидов на поверхности растворов полистиролсульфоната натрия и полидиаллилдиметиламмония хлорида

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Легочный сурфактант, состоящий из сложной смеси липидов и белков, играет ключевую роль в обеспечении функциональных свойств органов дыхания. Для поддержания низких значений поверхностного натяжения при постоянных деформациях растяжения/сжатия липиды образуют комплексы с белками. Однако, до сих пор неизвестно за счет каких взаимодействий происходит образование комплексов, что значительно затрудняет разработку синтетических аналогов природного легочного сурфактанта. В данной работе с помощью методов поверхностной реологии и эллипсометрии были исследованы динамические свойства нанесенных модельных монослоев фосфолипидов на поверхности растворов синтетических полиэлектролитов. Было показано, что для эффективного образования комплексов и поддержания низких значений поверхностного натяжения одних электростатических или гидрофобных взаимодействий между липидами и макромолекулами оказывается недостаточно.

Об авторах

А. Г. Быков

Санкт-Петербургский государственный университет, Институт химии

Email: ag-bikov@mail.ru
Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетский просп., 26

М. А. Панаева

Санкт-Петербургский государственный университет, Институт химии

Автор, ответственный за переписку.
Email: ag-bikov@mail.ru
Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетский просп., 26

Список литературы

  1. Echaide M., Autilio C., Arroyo R., Perez-Gil J. Restoring pulmonary surfactant membranes and films at the respiratory surface // Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Biomembranes. 2017. V. 1859. № 9. P. 1725–1739. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2017.03.015
  2. Zuo Y.Y., Veldhuizen R.A.W., Neumann A.W. et al. Current perspectives in pulmonary surfactant — Inhibition, enhancement and evaluation // Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Biomembranes. 2008. V. 1778. № 10. P. 1947–1977. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2008.03.021
  3. Autilio C., Perez-Gil J. Understanding the principle biophysics concepts of pulmonary surfactant in health and disease // Arch. Dis. Child Fetal. Neonatal Ed. 2018. V. 104. № 4. P. 343. https://doi.org/10.1136/archdischild-2018-315413
  4. Raghavendran K., Willson D., Notter R.H. Surfactant therapy for acute lung injury and acute respiratory distress syndrome // Crit. Care Clin. 2011. V. 27. № 3. P. 525–559. https://doi.org/10.1016/j.ccc.2011.04.005
  5. Martin J.A., Hamilton B.E., Sutton P.D. et al. Births: Final data for 2002 // Natl. Vital Stat. Rep. 2003. V. 52. № 10. P. 1–113.
  6. Engle W.A., the Committee on Fetus and Newborn. Surfactant-replacement therapy for respiratory distress in the preterm and term neonate // Pediatrics. 2008. V. 121. № 2. P. 419–432. https://doi.org/10.1542/peds.2007-3283
  7. Veldhuizen R.A.W., Zuo Y.Y., Petersen N.O. et al. The COVID-19 pandemic: A target for surfactant therapy? // Expert Rev. Respir. Med. 2021. V. 15. № 5. P. 597–608. https://doi.org/10.1080/17476348.2021.1865809
  8. Herman L., De Smedt S.C., Raemdonck K. Pulmonary surfactant as a versatile biomaterial to fight COVID-19 // Journal of Controlled Release. 2022. V. 342. P. 170–188. https://doi.org/10.1016/J.JCONREL.2021.11.023
  9. Jeon G.W. Surfactant preparations for preterm infants with respiratory distress syndrome: Past, present, and future // Korean Journal of Pediatrics. 2019. V. 62. № 5. P. 155–161. https://doi.org/10.3345/kjp.2018.07185
  10. Bae C., Chung S., Choi Y. Development of a synthetic surfactant using a surfactant protein-C peptide analog: In vitro studies of surface physical properties // Yonsei Med. J. 2016. V.57. № 1. P. 203–208. https://doi.org/10.3349/ymj.2016.57.1.203
  11. Castillo-Sánchez J.C., Cruz A., Pérez-Gil J. Structural hallmarks of lung surfactant: Lipid−protein interactions, membrane structure and future challenges // Arch. Biochem. Biophys. 2021. V. 703. P. 108850. https://doi.org/10.1016/J.ABB.2021.108850
  12. Goerke J. Pulmonary surfactant: Functions and molecular composition // Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Molecular Basis of Disease. 1998. V. 1408. № 2–3. P. 79–89. https://doi.org/10.1016/S0925-4439(98)00060-X
  13. Lee K.Y.C. Collapse mechanisms of Langmuir monolayers // Annu. Rev. Phys. Chem. 2008. V. 59. P. 771–791. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.58. 032806.104619
  14. Schurch D., Ospina O.L., Cruz A.C., Perez-Gil J. Combined and independent action of proteins SP-B and SP-C in the surface behavior and mechanical stability of pulmonary surfactant films // Biophys. J. 2010. V. 99. № 10. P. 3290–3299. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2010.09.039
  15. Casals C., Cañadas O. Role of lipid ordered/disordered phase coexistence in pulmonary surfactant function // Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Biomembranes. 2012. V. 1818. № 11. P. 2550–2562. https://doi.org/10.1016/J.BBAMEM.2012.05.024
  16. Hobi N., Giolai M., Olmeda B. et al. A Small key unlocks a heavy door: The essential function of the small hydrophobic proteins SP-B and SP-C to trigger adsorption of pulmonary surfactant lamellar bodies // Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Molecular Cell Research. 2016. V. 1863. № 8. P. 2124–2134. https://doi.org/10.1016/J.BBAMCR.2016.04.028
  17. Liekkinen J., Enkavi G., Javanainen M. et al. Surfactant lipid reorganization induced by the adsorption of the oligomeric surfactant protein B complex // J. Mol. Bi-ol. 2020. V. 432. № 10. P. 3251–3268. https://doi.org/10.1016/J.JMB.2020.02.028
  18. Lu K.W., Goerke J., Clements J.A., Taeusch H.W. Hyaluronan decreases surfactant inactivation in vitro // Pediatr. Res. 2005. V. 57. № 2. P. 237–241. https://doi.org/10.1203/01.PDR.0000150726.75308.22
  19. Kundu S. Lipid–polyelectrolyte complexes at the air–water interface for different lipid packing // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2010. V. 368. № 1–3. P. 31–36. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2010.07.012
  20. Chieng Y.Y., Chen S.B. Interaction between poly(acrylic acid) and phospholipid vesicles: Effect of pH, concentration, and molecular weight // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114. № 14. P. 4828–4835. https://doi.org/10.1021/jp1002403
  21. Bordi F., Cametti C., De Luca F. et al. Charged lipid monolayers at the air–solution interface: Coupling to polyelectrolytes // Colloids Surf. B: Biointerfaces. 2003. V. 29. № 2–3. P. 149–157. https://doi.org/10.1016/S0927-7765(02)00185-6
  22. de Meijere K., Brezesinski G., Möhwald H. Polyelectrolyte coupling to a charged lipid monolayer // Macromolecules. 1997. V. 30. № 8. P. 2337–2342. https://doi.org/10.1021/ma961490b
  23. Brezesinski G., Kjaer K., Möhwald H. Structure studies in coupled lipid−polyelectrolyte monolayers with diluted charge densities // Langmuir. 1998. V. 14. № 15. P. 4204–4209. https://doi.org/10.1021/la9709397
  24. Ortmann T., Ahrens H., Milewski S. et al. Lipid monolayers with adsorbed oppositely charged polyelectrolytes: Influence of reduced charge densities // Polymers. 2014. V. 6. № 7. P. 1999–2017. https://doi.org/10.3390/polym6071999
  25. Быков А.Г., Носков Б.А. Дилатационная поверхностная упругость растворов легочного сурфактанта в широкой области значений поверхностного натяжения // Коллоид. журн. 2021. Т. 80. № 5. С. 490–497. https://doi.org/https://doi.org/10.1134/S0023291218050038
  26. Bykov A.G., Loglio G., Miller R., Noskov B.A. Dilational surface elasticity of monolayers of charged polystyrene nano- and microparticles at liquid/fluid interfaces // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2015. V. 485. P. 42–48. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.09.004
  27. Bykov A.G., Milyaeva O.Y., Isakov N.A. et al. Dynamic properties of adsorption layers of pulmonary surfactants. Influence of matter exchange with bulk phase // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2021. V. 611. P. 125851. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125851
  28. Ravera F., Miller R., Zuo Y.Y. et al. Methods and models to investigate the physicochemical functionality of pulmonary surfactant // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2021. V. 55. P. 101467. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2021.101467
  29. Motschmann H., Teppner R. Ellipsometry in interface science // Studies in Interface Science. 2001. V. 11. P. 1–42. https://doi.org/10.1016/S1383-7303(01)80014-4
  30. Ghazvini S., Ricke B., Zasadzinski J.A., Dhar P. Monitoring phases and phase transitions in phosphatidylethanolamine monolayers using active interfacial microrheology // Soft. Matter. 2015. V. 11. № 17. P. 3313–3321. https://doi.org/10.1039/C4SM02900C
  31. Bykov A.G., Guzmán E., Rubio R.G. et al. Influence of temperature on dynamic surface properties of spread DPPC monolayers in a broad range of surface pressures // Chem. Phys. Lipids. 2019. V. 225. P. 104812. https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2019.104812

© А.Г. Быков, М.А. Панаева, 2023