Badanie wpływu wybranych związków sapogeninowych na właściwości modelowych błon biologicznych

Abstract

Badania w dziedzinie farmacji prowadzone przez naukowców opierają się na syntezie coraz to nowszych form leków o precyzyjnym i kontrolowanym działaniu. Niestety stosowanie syntetycznych farmaceutyków może prowadzi nierzadko do poważnych powikłań, dlatego coraz częściej poszukuje się naturalnych środków leczniczych, które być może są wstanie zminimalizować niepożądane skutki uboczne. W ostatnich dziesięcioleciach niewątpliwie obserwuje się wzrost zainteresowania substancjami naturalnymi pochodzenia roślinnego, jako potencjalnymi związkami biologicznie czynnymi. Do grupy tych związków należą również szeroko rozpowszechnione w świecie flory - sapogeniny. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było zbadanie wpływu sapogenin - części aglikonowych saponin, na modelowe błony lipidowe zbudowane z fosfatydylocholiny. Badania zrealizowano w oparciu o trzy modele błon biologicznych: monowarstwy, liposomy oraz dwuwarstwy sferyczne. Do modyfikacji monowarstw oraz dwuwarstw lipidowych zastosowano wybrane sapogeniny z grupy sapogenin steroidowych (diosgenina i octan diosgeniny) oraz sapogenin triterpenowych (kwas oleanolowy i kwas azjatycki). W toku badań wykorzystano takie metody badawcze jak: metodę monowarstw Langmuira z mikroskopią kąta Brewstera (BAM), metodę mikroelektroforezy, pozwalającą na pomiar potencjału zeta liposomów oraz metodę pomiaru napięcia międzyfazowego sferycznych dwuwarstw lipidowych opartą na równaniu Younga i Laplace’a. Za pomocą wymienionych technik badawczych oraz teoretycznych obliczeń matematycznych wyznaczono szereg parametrów fizykochemicznych i elektrycznych oraz dokonano opisu oddziaływań pomiędzy cząsteczkami w układach modelowych błona lipidowa-sapogenina. Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, iż wybrane sapogeniny tworzą z modelowymi błonami fosfolipidowymi trwałe połączenia kompleksowe o stechiometrii 1:1 oraz wykazują znaczny wpływ na parametry fizykochemiczne i elektryczne badanych układów, tj. ciśnienie powierzchniowe, napięcie międzyfazowe czy powierzchniowa gęstość ładunku. Z uwagi na to, że sapogeniny wpływają w znaczny sposób na równowagi w badanych modelowych błonach fosfatydylocholinowych, a przy tym wykazują liczne właściwości farmaceutyczne, tj. antybakteryjne, przeciwzapalne, przeciwgrzybiczne oraz przeciwnowotworowe, nasuwa się więc przypuszczenie, że mogą one również pozytywnie wpływać na naturalne błony komórek zmienionych chorobowo. Otrzymane wyniki badań pozwalają również wnioskować o możliwości zastosowania tych sapogenin jako potencjalnych składników środków leczniczych.

Pharmaceutical research conducted by scientists is based on the synthesis of newer forms of drugs with precise and controlled action. Unfortunately, synthetic pharmaceuticals can often lead to severe complications, so natural remedies are increasingly being sought that may minimize undesirable side effects. In recent decades, there has undoubtedly been an increase in interest in natural substances of plant origin as potential biologically active compounds. The group of these compounds also includes sapogenins, widely distributed in the world of flora. The aim of this doctoral dissertation was to investigate the effect of sapogenins - aglycone parts of saponins - on model lipid membranes formed from phosphatidylcholine. The research was carried out based on three biological membrane models: monolayers, liposomes and spherical bilayers. Selected sapogenins from the group of steroidal sapogenins (diosgenin and diosgenin acetate) and triterpene sapogenins (oleanolic acid and asiatic acid) were used to modify lipid monolayers and bilayers. During the research, the following research methods were used: the Langmuir monolayer method with Brewster angle microscopy (BAM), the microelectrophoresis method, which allows for measuring the zeta potential of liposomes, and the method for measuring the interfacial tension of spherical lipid bilayers based on the Young and Laplace equation. Using the research mentioned above techniques and theoretical mathematical calculations, a number of physicochemical and electrical parameters were determined, and the interactions between molecules in the phosphatidylcholine membrane-sapogenin model systems were described. The experiments show that selected sapogenins form stable complexes with model phospholipid membranes of a 1:1 stoichiometry and significantly impact the physicochemical and electrical parameters of the tested systems, i.e., surface pressure, interfacial tension, and surface charge density. Because sapogenins significantly influence the balance of phosphatidylcholine in the tested model membranes and at the same time exhibit numerous pharmaceutical properties, i.e., antibacterial, anti-inflammatory, antifungal, and anticancer, it is reasonable to assume that they may also have a positive effect on the natural membranes of diseased cells. The obtained research results also allow us to conclude about the possibility of using these sapogenins as potential components of medicinal products.