Φυσικοχημική μελέτη αλληλεπιδράσεων βιοδραστικών μορίων σε λιπιδικές μεμβράνες

Abstract

In the past, lipid bilayers were only thought as static entities and served mainly as barriers for the toxic substances. Today, it is well recognized that they are dynamic structures that play an important role in determining drug action. A new scientific field named lipidomics cavers this aspect. Based on this concept, we sought to examine the role of lipid bilayers for the amphiphilic molecules vinblastine and vincristine which are proposed to act on the membrane lipid bilayer. It has also been proposed that each membrane perturbing drug has its own fingerprint and this may determine its pharmacological effects. For this reason, we found it very interesting to study the membrane interactions of vinblastine and vincristine and made an effort to correlate their fingerprint and pharmacological action. To achieve this aim we investigated the interactions caused by the insertion of Vinca alkaloids vinblastine and vincristine in lipid bilayers of dipalmitoylphospatidylocholine (DPPC), by using the physicochemical techniques of Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Raman Spectroscopy. In addition, we studied the effect of this two pharmaceutical molecules with the presence of cholesterol.The thorough analysis of the obtained results point out that: a) the insertion of Vinca alkaloids in lipid bilayers causes partial interdigitation of aliphatic chains, a phenomenon which influences the biological activity of these molecules; b) the incorporation of this pair of molecules results in the creation of various and distinct domains attributed to their different developed interactions; c) after their localization in membrane bilayers they exhibit similarities and differences in terms of synergistic effect with the bioactive molecule of cholesterol.

Η παρούσα εργασία αφορά τη φυσικοχημική μελέτη των αναπτυσσόμενων αλληλεπιδράσεων μεταξύ βιοδραστικών μορίων με τις λιπιδικές μεμβράνες. Πιο συγκεκριμένα, αφορά τη διευρεύνηση των αλληλεπιδράσεων που προκαλεί η εισδοχή των αλκαλοειδών της βίγκας (Vinca Alkaloids) βιμπλαστίνης (Vinblastine) και βιγκριστίνης (Vincristine) στις λιπιδικές διπλοστιβάδες της διπαλμιτικής φωσφατιδυλοχολίνης (DPPC), μέσω των φυσικοχημικών τεχνικών Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σαρώσεως και φασματοσκοπίας Raman. Επίσης, μελετήθηκε η δράση των φαρμακευτικών αυτών μορίων, παρουσία χοληστερόλης.Από τη μια, η Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC), χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των θερμικών αλλαγών που προκαλεί η εισδοχή των δύο φαρμακευτικών μορίων στις λιπιδικές διπλοστιβάδες. Τα αποτελέσματά της ανέδειξαν ομοιότητες αλλά και διακριτές διαφορές στον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν με αυτές, γεγονός που οφείλεται στο διαφορετικό αποτύπωμά τους στις λιπιδικές διπλοστιβάδες, παρόλο που πρόκειται για δυο παρεμφερή μόρια της ίδιας οικογένειας ενώσεων.Από την άλλη, η φασματοσκοπία Raman, χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των δομικών αλλαγών που επιφέρει η ενσωμάτωση των αλκαλοειδών της βίγκας στις λιπιδικές διπλοστιβάδες. Τα αποτελέσματά της, ανέδειξαν ομοιότητες αλλά και διαφορές στον τρόπο αλληλεπίδρασής τους με αυτές, γεγονός που επηρεάζει το φαρμακευτικό προφίλ και τη δράση των δύο μελετούμενων μορίων.Η συστηματική μελέτη και ανάλυση των παραπάνω αποτελεσμάτων, οδήγησε α) στη διαπίστωση της αλληλοεισχώρησης (interdigitation) των αλειφατικών αλυσίδων των λιπιδικών διπλοστιβάδων, ενός σημαντικού φαινομένου που παίζει ρόλο στη βιολογική δραστικότητα των μορίων, β) στην επεξήγηση των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ των βιοδραστικών μορίων και των λιπιδικών διπλοστιβάδων μέσω της δημιουργίας διαφορετικών τμημάτων (domains) των λιπιδικών διπλοστιβάδων και γ) στη διαφορετική δράση τους παρουσία χοληστερόλης.