Влияние состава и температуры на динамические свойства смешанных монослоев легочных липидов
- Autores: Быков А.1, Панаева М.1, Рафикова А.1, Волков Н.1, Ванин А.1
-
Afiliações:
- Санкт-Петербургский государственный университет
- Edição: Volume 86, Nº 1 (2024)
- Páginas: 16-25
- Seção: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/257544
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291224010037
- ID: 257544
Citar
Resumo
Основной компонент легочного сурфактанта дипальмитоил фосфатидилхолин (ДПФХ) позволяет снижать поверхностное натяжение практически до нуля при сжатии поверхности легких, что препятствует коллапсу альвеол на выдохе. В данной работе с помощью методов поверхностной реологии было определено влияние шести липидов, входящих в состав легочного сурфактанта, на динамические поверхностные свойства нанесенного монослоя ДПФХ в широкой области поверхностных натяжений и при различных температурах. Особое внимание было уделено области низких поверхностных натяжений (менее 25 мН/м) при температурах 25 и 35°С, что близко к физиологическому состоянию на внутренней поверхности легких. Добавление к ДПФХ липидов с близкой молекулярной структурой не оказывало значительного влияния на динамические поверхностные свойства при температуре 25°С. В то же время при температуре 35°С позволяло увеличивать поверхностную упругость в области малых поверхностных натяжений. Однако в этих условиях присутствие в поверхностном слое липидов с ненасыщенными углеводородными радикалами приводило к противоположному эффекту и препятствовало достижению низких поверхностных натяжений при медленном сжатии. Полученные результаты демонстрируют возможность управления свойствами смешанного слоя, который можно рассматривать в качестве модели легочного сурфактанта.
Palavras-chave
Texto integral
Sobre autores
А. Быков
Санкт-Петербургский государственный университет
Autor responsável pela correspondência
Email: ag-bikov@mail.ru
Rússia, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр., д. 26
М. Панаева
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: ag-bikov@mail.ru
Rússia, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр., д. 26
А. Рафикова
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: ag-bikov@mail.ru
Rússia, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр., д. 26
Н. Волков
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: ag-bikov@mail.ru
физический факультет
Rússia, 198504, Санкт-Петербург, Ульяновская ул., д. 1А. Ванин
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: ag-bikov@mail.ru
Rússia, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр., д. 26
Bibliografia
- Echaide M., Autilio C., Arroyo R., Perez-Gil J. Restoring pulmonary surfactant membranes and films at the respiratory surface // Biochim. Biophys. Acta. 2017. V. 1859. № 9. P. 1725–1739 https://doi.org/10.1016/J.BBAMEM.2017.03.015
- Zuo Y., Veldhuizen R., Neumann A., Petersen N., Possmayer F. Current perspectives in pulmonary surfactant – Inhibition, enhancement and evaluation // Biochim. Biophys. Acta. 2008. V. 1778. № 10. P. 1947–1977. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2008.03.021
- Autilio C., Pérez-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. F1–F9. https://doi.org/10.1136/archdischild-2018-315413
- Piknova B., Schram V., Hall S. Pulmonary surfactant: Phase behavior and function // Curr. Opin. Struct. Biol. 2002. V. 12. № 4. P. 487–494. https://doi.org/10.1016/s0959-440x(02)00352-4
- Castillo-Sánchez J., 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
- Lopez-Rodriguez E., Pérez-Gil J. Structure-function relationships in pulmonary surfactant membranes: From biophysics to therapy // Biochim. Biophys. Acta. 2014. V. 1838. № 6. P. 1568–1585. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2014.01.028
- Goerke J. Pulmonary surfactant: Functions and molecular composition // Biochim. Biophys. Acta. 1998. V. 1408. № 2–3. P. 79–89. https://doi.org/10.1016/S0925-4439(98)00060-X
- Wustneck R., Perez-Gil J., Wustneck N., Cruz A., Fainerman V., Pison U. Interfacial properties of pulmonary surfactant layers // Adv. Colloid Interface Sci. 2005. V. 117. № 1–3. P. 33–58. https://doi.org/10.1016/j.cis.2005.05.001
- Casals C., Cañadas O. Role of lipid ordered/disordered phase coexistence in pulmonary surfactant function // Biochim. Biophys. Acta. 2012. V. 1818. № 11. P. 2550–2562. https://doi.org/10.1016/J.BBAMEM.2012.05.024
- Keating E., Zuo Y., Tadayyon S., Petersen N., Possmayer F., Veldhuizen R. A modified squeeze-out mechanism for generating high surface pressures with pulmonary surfactant // Biochim. Biophys. Acta. 2012. V. 1818. № 5. P. 1225–1234. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2011.12.007
- de la Serna J., Vargas R., Picardi V., Cruz A., Arranz R., Valpuesta M., Mateu L., Peres-Gil J. Segregated ordered lipid phases and protein-promoted membrane cohesivity are required for pulmonary surfactant films to stabilize and protect the respiratory surface // Faraday Discuss. 2013. V. 161. P. 535–548. https://doi.org/10.1039/c2fd20096a
- López-Montero I., Arriaga L., Rivas G., Vélez M., Monroy F. Lipid domains and mechanical plasticity of Escherichia coli lipid monolayers // Chem. Phys. Lipids. 2010. V. 163. № 1. P. 56–63. https://doi.org/10.1016/J.CHEMPHYSLIP.2009.10. 002
- Sabatini K., Mattila J-P., Kinnunen P. Interfacial behavior of cholesterol, ergosterol and lanosterol in mixtures with DPPC and DMPC // Biophys. J. 2008. V. 95. № 5. P. 2340–2355. https://doi.org/10.1529/biophysj.108.132076
- Miyoshi T., Kato S. Detailed analysis of the surface area and elasticity in the saturated 1,2-diacylphosphatidylcholine/cholesterol binary monolayer system // Langmuir. 2015. V. 31. № 33. P. 9086–9096. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b01775
- Schurch S., Bachofen H., Goerke J., Possmayer F. A captive bubble method reproduces the in situ behavior of lung surfactant monolayers // J. Appl. Physiol. 1989. V. 67. № 6. P. 2389–2396. https://doi.org/10.1152/jappl.1989.67.6.2389
- 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/10.1134/S0023291218050038
- Gopal A., Lee K.Y.C. Morphology and collapse transitions in binary phospholipid monolayers // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. № 42. P. 10348–10354. https://doi.org/10.1021/jp012532n
- Lee K.Y.C. Collapse mechanisms of Langmuir monolayers // Ann. Rev. Phys. Chem. 2008. V. 59. P. 771–791. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.58.032806. 104619
- Zhang H., Fan Q., Wang Y., Neal C., Zuo Y. Comparative study of clinical pulmonary surfactants using atomic force microscopy // Biochim. Biophys. Acta. 2011. V. 1808. № 7. P. 1832–1842. https://doi.org/10.1016/J.BBAMEM.2011.03.006
- Ravera F., Miller R., Zuo Y., Noskov A., Bykov A., Kovalchuk V., Loglio G., Javadi A., Liggieri L. 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
- Santini E., Nepita I., Bykov A., Ravera F., Liggieri L., Dowlati S., Javadi A., Miller R., Loglio G. Interfacial dynamics of adsorption layers as supports for biomedical research and diagnostics // Colloids and Interfaces. 2022. V. 6. № 4. P. 81. https://doi.org/10.3390/colloids6040081
- Bykov A., Liggieri L., Noskov B., Pandolfini P., Ravera F., Loglio G. Surface dilational rheological properties in the nonlinear domain // Adv. Colloid Interface Sci. 2015. V. 222. P. 110–118. https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.07.006
- Bykov A., Loglio G., Ravera F., Liggieri L., Miller R., Noskov B. Dilational surface elasticity of spread monolayers of pulmonary lipids in a broad range of surface pressure // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2018. V. 541. P. 137–44. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.01.031
- Bykov A., Loglio G., Miller R., Milyaeva O., Michailov A., Noskov B. Dynamic properties and relaxation processes in surface layer of pulmonary surfactant solutions // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2019. V. 573. P. 14–21. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.04.032
- Bykov A., Milyaeva O., Isakov N., Michailov A., Loglio G., Miller R., Noskov B. 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
- Быков А., Панаева М. Динамические свойства монослоев легочных липидов на поверхности растворов полистиролсульфоната натрия и полидиаллилдиметиламмония хлорида // Коллоид. журн. 2023. Т. 85. № 5. С. 556–565. https://doi.org/10.31857/S0023291223600505
- Bykov A., Loglio G., Miller R., Milyaeva O., Michailov A., Noskov B. Dynamic properties and relaxation processes in surface layer pulmonary surfactant solutions // Chem. Phys. Lip. 2019. V. 225. P. 104812. https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2019.104812
- Zuo Y., Keating E., Zhao L., Tadayyon S., Veldhuizen R., Petersen N., Possmayer F. Atomic force microscopy studies of functional and dysfunctional pulmonary surfactant films. I. Micro- and nanostructures of functional pulmonary surfactant films and the effect of SP-A // Biophys. J. 2008. V. 94. P. 3549–3564. https://doi.org/10.1529/biophysj.107.122648