Study of the interaction between bioactive cationic lipid and components of animal cell membrane.

Lipidy kationowe są syntetycznymi związkami o strukturze lipidopodobnej, czyli tak jak naturalne lipidy wykazują amfifilowy charakter. Szeroko wykorzystywane są w systemach dostarczania leków, a w szczególności w terapii genowej jako nośniki materiału genetycznego. W celu poprawy ich efektywności i aktywności podczas użycia jako nośników terapeutycznych genów wymagane jest poznanie mechanizmu ich działania. Proces ten jest bardzo złożony i wieloetapowy. Jednakże, pierwszą barierą jaką muszą pokonać lipidy kationowe aby dostarczyć do komórki materiał genetyczny jest błona komórkowa. Stąd też, celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu wybranego lipidu kationowego, 1,2-dipalmitoilo-3-trimetyloamoniopropanu (DPTAP) na organizację molekularną modelowych membran komórek zwierzęcych. Badania obejmowały analizę oddziaływań DPTAP z grupą lipidów wchodzących w skład membrany ssaczej (cholesterolem, fosfatydylocholiną PC oraz sfingomieliną SM) jak również z wieloskładnikową mieszaniną PC/SM/Chol=1:1:1, w której stosunek molowy lipidów odzwierciedlał ich proporcje w rafcie lipidowym. Jako modelowe układy błon komórkowych wykorzystano monowarstwy Langmuira. Otrzymane wyniki pokazują, iż wprowadzenie lipidu kationowego do modelowych biomembran prowadzi do zmian ich właściwości. Wbudowywanie się DPTAP w struktury badanych modelowych błon jest procesem korzystnym termodynamicznie ze względu na pojawienie się między lipidami przyciągających oddziaływań międzycząsteczkowych. Ponadto, badany lipid kationowy wpływa także na stopień upakowania molekularnego, płynność, a także stopień uporządkowania łańcuchów acylowych w membranie.

Cationic lipids are synthetic compounds of lipid-like structure which causes that they possess amphiphilic character similarly to natural lipids. They are widely used in drug delivery systems, especially in gene therapy as carriers of genetic material. In order to improve the effectiveness and activity of action of cationic lipids in gene therapy it is required to know the mechanism of their action. This process is very complex and probably involves many steps. However, the biological membrane as a barrier that protects the interior of the cell is the first place of action of these bioactive molecules. Therefore, the purpose of the research was to determine the influence of chosen cationic lipid – 1,2-dipatmitoyl-3-trimethylammonium-propane (DPTAP) on molecular organization of model mammalian membranes. The investigations included the analysis of the interactions of DPTAP with individual lipids of biomembranes (cholesterol, phosphatidylcholine PC, sphingomyelin SM) as well as multicomponent mixture (PC/SM/Chol=1:1:1) in which the molar ratio of lipids reflected their proportion in the lipid rafts. In the studies, as model systems, Langmuir monolayers was applied. The results point that the introduction of cationic lipid into model membranes leads to the significant changes of their properties. The incorporation of DPTAP into the structure of model membranes is thermodynamically favourable which is manifested by attractive interactions between lipids in monolayer. Furthermore, investigated cationic lipid also affects fluidity, the degree of molecular packing and the ordering of acyl chains.