Opredelenie kharaktera vzaimodeystviya bioaktivnykh ionov s fosfolipidnymi membranami metodami nelineynoy mikroskopii

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследование электростатических и химических взаимодействий и превращений на поверхности липидных мембранах имеет ключевое значение для оценки эффективности и токсичности различных лекарственных препаратов, а также механизмов их доставки. Описание этих взаимодействий на молекулярном уровне требует применения высокочувствительных неинвазивных методов. В данной работе представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие потенциал микроскопии генерации второй гармоники при исследовании электрохимических процессов затрагивающих структуру узкого гидратного слоя (< 1 нм) модельных клеточных мембран. На примере биоактивных ионов калия и кальция различной концентрации показана уникальная чувствительность данного метода к изменению значения поверхностного потенциала мембран. Повышение ионной силы раствора выше 15 мМ в случае ионов кальция приводит к полной нейтрализации поверхности мембраны, в то время как ионы калия лишь частично экранируют поверхностный заряд мембраны. Показано, что изменение структуры и состава мембран приводит к возникновению стерических эффектов во взаимодействии головных групп липидов с молекулами воды в гидратном слое.

References

  1. Ю. С. Петронюк, Е. А. Храмцова, В. М. Левин, А. П. Бонарцев, В. В. Воинова, Г. А. Бонарцева, А. А. Мураев, Т. Ф. Асфаров, Н. А. Гусейнов, Известия Российской академии наук. Серия физическая 84(6), 799 (2020); https://doi.org/10.31857/S0367676520060204.
  2. В. О. Компанец, С. И. Кудряшов, Э. Р. Толордава, С. Н. Шелыгина, В. В. Соколова, И. Н. Сараева, М. С. Ковалев, А. А. Ионин, С. В. Чекалин, Письма в ЖЭТФ 113(6), 365 (2021); https://doi.org/10.31857/S1234567821060021.
  3. Д. Ю. Мартиросян, А. А. Осыченко, А. Д. Залесский, О. Т. Калинина, У. А. Точило, Ю. А. Федотов, М. С. Сырчина, В. А. Надточенко, Письма в ЖЭТФ 117(11), 876 (2023); https://doi.org/10.31857/S1234567823110125.
  4. N. V. Surovtsev, A. A. Dmitriev, and S. A. Dzuba, Phys. Rev. E 95(3), 032412 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.032412.
  5. A. Zalygin, D. Solovyeva, I. Vaskan, S. Henry, M. Schaefer, P. Volynsky, A. Tuzikov, E. Korchagina, I. Ryzhov, A. Nizovtsev, K. Mochalov, R. Efremov, E. Shtykova, V. Oleinikov, and N. Bovin, ChemistryOpen 9(6), 641 (2020); https://doi.org/10.1002/open.201900276.
  6. M. E. Stepanov, S. A. Khorkina, A. I. Arzhanov, A. V. Karabulin, V. I. Matyushenko, and A. V. Naumov, Pis’ma v ZhETF 120(4), 231 (2024); https://doi.org/10.31857/S0370274X24080129.
  7. A. S. Chebotarev, V. S. Ledyaeva, O. I. Patsap, A. A. Ivanov, and A. B. Fedotov, J. Biophotonics 16e202300228 (2023); https://doi.org/10.1002/jbio.202300228.
  8. R. W. Boyd, Nonlinear Optics, 3rd ed., Academic Press, Rochester, N.Y. USA (2008).
  9. P. J. Campagnola and L. M. Loew, Nat. Biotechnol. 21(11), 1356 (2003); https://doi.org/10.1038/nbt894.
  10. X. Chen, O. Nadiarynkh, S. Plotnikov, and P. J. Campagnola, Nat. Protoc. 7(4), 654 (2012); https://doi.org/10.1038/nprot.2012.009.
  11. S. Brasselet, Adv. Opt. Photonics 3(3), 205 (2011); https://doi.org/10.1364/AOP.3.000205.
  12. E. Deplazes, B. D. Tafalla, C. G. Cranfield, and A. Garcia, J. Phys. Chem. Lett. 11(15), 6353 (2020); https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01479.
  13. F. Ahmadpoor and P. Sharma, Nanoscale 7(40), 16555 (2015); https://doi.org/10.1039/C5NR04722F.
  14. S. Ray, A. Kassan, A. R. Busija, P. Rangamani, and H. H. Patel, Am. J. Physiol.-Cell Physiol. 310(3), C181 (2016); https://doi.org/10.1152/ajpcell.00087.2015.
  15. Y. A. Ermakov, Membranes 13(11), 883 (2023); https://doi.org/10.3390/membranes13110883.
  16. A. McLaughlin, C. Grathwohl, and S. McLaughlin, Biochim. Biophys. Acta BBA - Biomembr. 513(3), 338 (1978); https://doi.org/10.1016/0005-2736(78)90203-1.
  17. H. Binder and O. ZschOrnig, Chem. Phys. Lipids 115(1), 39 (2002); https://doi.org/10.1016/S0009-3084(02)00005-1.
  18. A. Melcrova, S. Pokorna, S. Pullanchery, M. Kohagen, P. Jurkiewicz, M. Hof, P. Jungwirth, P. S. Cremer, and L. Cwiklik, Sci. Rep. 6(1), 38035 (2016); https://doi.org/10.1038/srep38035.
  19. Y. A. Ermakov, K. Kamaraju, A. Dunina-Barkovskaya, K. S. Vishnyakova, Y. E. Yegorov, A. Anishkin, and S. Sukharev, Biochemistry 56(40), 5457 (2017); https://doi.org/10.1021/acs.biochem.7b00644.
  20. Y. A. Ermakov, Biochim. Biophys. Acta BBA -Biomembr. 1023(1), 91 (1990); https://doi.org/10.1016/0005-2736(90)90013-E.
  21. J. L. Richens, J. S. Lane, J. P. Bramble, and P. O’Shea, Biochim. Biophys. Acta BBA - Biomembr. 1848(9), 1828 (2015); https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2015.03.017.
  22. Z. T. Graber, Z. Shi, and T. Baumgart, Phys. Chem. Chem. Phys. 19(23), 15285 (2017); https://doi.org/10.1039/C7CP00718C.
  23. S. A. Akimov, M. A. Polynkin, I. Jimenez-Mungu?a, K. V. Pavlov, and O. V. Batishchev, Int. J. Mol. Sci. 19(5), 1358 (2018); https://doi.org/10.3390/ijms19051358.
  24. O. B. Tarun, M. Yu. Eremchev, A. Radenovic, and S. Roke, Nano Lett. 19(11), 7608 (2019); https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02024.
  25. R. Dimova and C. Marques, The Giant Vesicle Book, CRC Press, Boca Raton, USA (2019).
  26. X. Chen, W. Hua, Z. Huang, and H. C. Allen, J. Am. Chem. Soc. 132(32), 11336 (2010); https://doi.org/10.1021/ja1048237.
  27. K. B. Eisenthal, Chem. Rev. 96(4), 1343 (1996); https://doi.org/10.1021/cr9502211.
  28. T. T. Nguyen and J. C. Conboy, Anal. Chem. 83(15), 5979 (2011); https://doi.org/10.1021/ac2009614.
  29. L. Moreaux, O. Sandre, and J. Mertz, JOSA B 17(10), 1685 (2000); https://doi.org/10.1364/JOSAB.17.001685.
  30. C. Macias-Romero, I. Nahalka, H. I. Okur, and S. Roke, Science 357(6353), 784 (2017); https://doi.org/10.1126/science.aal4346.
  31. M. Eremchev, D. Roesel, P.-M. Dansette, A. Michailovas, and S. Roke, Biointerphases 18(3), 031202 (2023); https://doi.org/10.1116/6.0002640.
  32. C. Macias-Romero, M. E. P. Didier, P. Jourdain, P. Marquet, P. Magistretti, O. B. Tarun, V. Zubkovs, A. Radenovic, and S. Roke, Opt. Express 22(25), 31102 (2014); https://doi.org/10.1364/OE.22.031102.
  33. M. Yu. Eremchev, JETP Lett. 118(4), 288 (2023); https://doi.org/10.1134/S0021364023602245.
  34. D. Roesel, M. Eremchev, T. Schonfeldova, S. Lee, and S. Roke, Appl. Phys. Lett. 120(16), 160501 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0085807.
  35. M. Eremchev, D. Roesel, C. S. Poojari, A. Roux, J. S. Hub, and S. Roke, Biophys. J. 122, 624 (2023); https://doi.org/10.1016/j.bpj.2023.01.018.
  36. D. Roesel, M. Eremchev, C. S. Poojari, J. S. Hub, and S. Roke, J. Am. Chem. Soc. 144(51), 23352 (2022); https://doi.org/10.1021/jacs.2c08543.
  37. A. Weinberger, F. C. Tsai, G. H. Koenderink, T. F. Schmidt, R. Itri, W. Meier, T. Schmatko, A. Schroder, and C. Marques, Biophys. J. 105(1), 154 (2013); https://doi.org/10.1016/j.bpj.2013.05.024.
  38. G. Gonella, C. Lutgebaucks, A. G. F. de Beer, and S. Roke, J. Phys. Chem. C 120(17), 9165 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b12453.
  39. M. Eisenberg, T. Gresalfi, T. Riccio, and S. McLaughlin, Biochemistry 18(23), 5213 (1979); https://doi.org/10.1021/bi00590a028.
  40. J. Faraudo, and A. Travesset, Biophys. J. 92(8), 2806 (2007); https://doi.org/10.1529/biophysj.106.092015.
  41. R. Lehrmann and J. Seelig, Biochim. Biophys. Acta BBA - Biomembr. 1189(1), 89 (1994); https://doi.org/10.1016/0005-2736(94)90284-4.
  42. C. G. Sinn, M. Antonietti, and R. Dimova, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 282—283, 410 (2006); https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2005.10.014.
  43. C. Lutgebaucks, C. Macias-Romero, and S. Roke, J. Chem. Phys. 146(4), 044701 (2017); https://doi.org/10.1063/1.4974084.
  44. O. B. Tarun, C. Hannesschluager, P. Pohl, and S. Roke, Proc. Natl. Acad. Sci. 115(16), 4081 (2018); https://doi.org/10.1073/pnas.1719347115.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».