Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время усиливается интерес к
использованию синтетических иоиогепных полимеров в различных
областях биологии и медицины. Так, например, на их основе были
разработаны новые высокоэффективные лекарственные вещества,
вакцинирующие препараты и средства доставки генетического материала в
клетки. Развитие работ в этом направлении требует детального понимания
молекулярных механизмов взаимодействия синтетических
полиэлектролитов с клетками. Однако круг вопросов, касающийся поведения таких полимеров на поверхности клетки, реакции клеточной мембраны на адсорбированный полимер и обратимости такого взаимодействия, остается практически неисследованным. Адсорбция полимера на поверхности клетки может сопровождаться появлением асимметрии в распределении липидов в пределах каждого монослоя и между слоями, изменениями в проницаемости мембраны, а также агрегацией, слиянием и даже разрушением клеток. После удаления полимера (если такое удаление возможно) с поперхности клетки мембрана может не вернуться в исходное состояние. Перечисленные выше процессы могут повлиять на биологические функции клетки и должны быть приняты во внимание при описании поведения полимеров в контакте с клеточной мембраной.
В подобных физико-химических исследованиях в качестве модели клеточной мембраны часто используются бислойные сферические везикулы (липосомы). Размеры липосом сопоставимы с клеточными; их поверхность, так же как и поверхность клетки, может нести отрицательный заряд; но в отличие от живых клеток, модельные частицы стабильны и их поверхность может быть полностью охарактеризована.
Цель работы состояла в изучении взаимодействия синтетического
поликатиона (кватернизованного поли-4-винилпиридина) со смешанной
липидной мембраной, состоящей из отрицательно заряженного
кардиолипина (дифосфатидилглицерола) и нейтрального
ципальмитоилфосфатидилхолина. В работе исследовали: влияние фазового состояния липидной мембраны на состав и строение
комплекса поликатион-липосомы; » возможность удаления поликатиона с поверхности липосом; обратимость структурных перестроек в процессе адсорбции/десорбции
поликатиона.
Научная новизна. В работе показано, что фазовое состояние щпидной мембраны оказывает влияние на состав и строение комплексов юликатиона с противоположно заряженными липосомами. Ниже
температуры фазового перехода (в случае твердых липосом) в образовании комплекса принимают участие лишь отрицательно заряженные лииидные молекулы, расположенные на внешней стороне мембраны. Выше температуры фазового перехода (в случае жидких липосом) адсорбция поликатиона индуцирует переход отрицательно заряженных липидных молекул с внутренней на внешнюю сторону мембраны. Параллельно с этим наблюдается латеральная сегрегация липидов, заключающаяся в концентрировании отрицательно заряженного кардиолипина вблизи адсорбирующихся молекул поликатиона. В результате, в образовании комплекса с поликатионом принимают участие все отрицательно заряженные липиды мембраны. Показано, что поликатион фиксирует положение липидов в бислое и делает практически невозможным процесс обмена липидами между отдельными липосомами.
Впервые исследована возможность удаления поликатиона с поверхности липосом, а также обратимость структурных перестроек в процессе адсорбции-десорбции поликатиона.
Показано, что поликатиона не может быть удален с поверхности твердой липидной мембраны. Установлено, что поликатион, адсорбированный на поверхности жидких липосом, может быть полностью десорбирован в раствор в результате образования нестехиометричного интерполиэлектролитного комплекса с синтетическим полианионом.
Впервые показано, что после удаления поликатиона с поверхности жидких липосом полностью восстанавливается исходное распределение липидов в латеральном и трансмембранном направлениях, при этом липиды вновь приобретают возможность перемещаться между отдельными липосомами.
Практическая значимость. Полученные в работе результаты имеют принципиальное значение для понимания механизмов взаимодействия синтетических полиэлектролитов с клеточной мембраной. Эти результаты позволяют прогнозировать поведение синтетических полимеров, адсорбированных на клеточной мембране, а также реакцию клеточной мембраны на адсорбированный полимер.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции аспирантов и студентов "Ленинские горы -95" (Россия, Москва, 1995); 1-ом Международном симпозиуме по полиэлектролитам (Германия, Потсдам, 1995); 6-ой Международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" (Россия, Иваново, 1995), 7-ой Международной конференции "Органические реакции с участием полимеров" (Польша, Вроцлав, 1996); 24-ом Международном конгрессе
Федерации Европейских биохимических сообществ (Испания, Барселона, 1996)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 110 стр. машинописного текста, содержит 33 рисунка, 2 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 107 ссылок.
