БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 2, с. 307-315
= БИОФИЗИКА КЛЕТКИ =
УДК 544.015:577.352:661.83
ВЛИЯНИЕ НИТРАТА СЕРЕБРА НА ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ МОДЕЛЬНЫХ МУЛЬТИБИСЛОЙНЫX МЕМБРАН
© 2015 г. О.В. Ващенко, Ю.Л. Ермак*, А.О. Красникова, Л.Н. Лисецкий
Институт сцинтилляционных материалов НТК «Институт монокристаллов» НАН Украины,
61001, Xарьков, пр. Ленина, 60, Украина;
*University of South Bohemia in Ceske Budejovke, 37005 Ceske Budejovke, Branisovska, 31, Czeск ЯерыЪИс
E-mail: olga_v@isma.kharkov.ua Поступила в p едакцию 18.11.13 г.
После доработки 02.10.14 г.
Для изучения влияния нитрата серебра на фазовое состояние модельных липидных мембран методом дифференциальной сканирующей калориметрии были получены параметры фазовых переходов мультибислойных мембран на основе L-a-дипальмитоилфосфатидилхолина и водных растворов ÄgNÜ3 в широком диапазоне концентраций (до 30 масс. %). Показано, что присутствие ÄgNÜ3 приводит к повышению температуры основного фазового перехода Tm мультибислоев L-a-дипальмитоилфосфатидилхолина и появлению дополнительного пика перехода Tm, что свидетельствует о повышении плотности и неоднородности липидного бислоя. Установлено также, что индивидуальное действие нитрат-иона (NO3) имеет противоположную направленность (разрыхляет бислой), таким образом, интегральный эффект от ÄgNÜ3 можно отнести непосредственно к действию ионов серебра. По мере повышения концентрации ÄgNÜ3 наблюдается тенденция к перераспределению интенсивностей пиков с температурами Tm и Tm таким образом, что при концентрации ÄgNÜ3 около 26 масс. % пик Tm исчезает. В области терапевтических концентраций ионов серебра (2 масс. %) существенных изменений фазового состояния модельных мембран не обнаруживается, что может быть одной из причин отсутствия повреждающего действия препаратов серебра на клетки организма-хозяина при выраженном бактерицидном эффекте.
Ключевые слова: нитрат серебра, модельные мультибислойные мембраны, фосфолипиды, дифференциальная сканирующая калориметрия.
Широчайший антибактериальный и анти-микотический спектр действия ионов серебра обусловил его многотысячелетнее применение в терапевтических целях. Наиболее сильную конкуренцию пр епаратам серебра составили лишь антибиотики, однако в последние десятилетия в связи с установлением таких побочных действий антибиотиков, как подавление иммунитета, дисбактериоз, токсическое действие на внутренние о рганы, а также появлением резистентных штаммов микроорганизмов, интерес к препаратам серебра вновь усилился [1,2]. Большим преимуществом препаратов серебра является отсутствие привыкания к ним в сочетании с высокой эффективностью действия, не уступающей многим антибиотикам [3]. В то же время в литературе имеется ряд све-
Сокращения: ДПФК - L-a-дипальмитоилфосфатидилхо-лин, ДМФК - L-a-димиристоилфосфатидилхолин, ДСК -дифференциальная сканирующая калориметрия.
дений о негативном воздействии различных форм серебра [3-5].
На сегодняшний день действие сереб ра изучено достаточно подробно [4]. Установлено несколько основных молекулярных механизмов его действия: воздействие на белки, ДНК, а также интенсификация формирования активных форм кислорода. Связывая -С ООН - и -БИ-группы белков, а также азотистые основания и фосфатные группы ДНК, серебро приводит к нарушению их пространственной структуры и, как следствие, потере или искажению их биологической функции [6,7]. Основными мишенями оказываются белки, участвующие в процессах дыхания, окислительного фосфори-лирования, поддержания осмотического давления клетки и др. [4,8]. Формирование активных форм кислорода, в свою очередь, приводит к разрушению клеточной стенки, нарушению структуры ДНК и белков [9].
307
7*
Существует мнение [10,11], что широкий спектр антимикробного действия сер ебра и отсутствие привыкания к нему обусловлены структур ной (а не видовой) специфичностью его действия. Она связана прежде всего с повреждением клеточной стенки микроорганизмов (бел-ково-углеводного кора), при котором нарушается функциональная целостность мембраны и ионы сереб ра получают доступ к другим жизненно важным структурам. При этом около 40% поступившего остается связанным с
внешней стороной клеточной стенки [12].
По сравнению с уровнем разработки вопроса о взаимодействии сер ебра с белковыми и нуклеиновыми структурами, в литературе со -держится намного меньше сведений о его влиянии на еще один важнейший компонент клеточной мембраны - липидный бислой. (Это вполне понятно, поскольку изначально изучение действия серебра проводилось на микро-организмах, для которых характерно наличие белкового кора поверх бислоя.) При этом из всего многообразия используемых в настоящее время в медицине фармпрепаратов на основе серебр а - раствор ов, мазей, сплавов (ляпис), коллоидного сереб ра, наночастиц с р азличным покрытием - наиболее изучено действие на бис-лой именно последней формы, появившейся только ср авнительно недавно. Имеющихся данных достаточно, чтобы заметить существенную разницу в мембранотропном действии ионной и дисперсной форм сер ебра: для первой литератур ные источники сообщают об уплотнении бислоя, тогда как для втор ой - о его разжижении [13-16], а также о накоплении наночастиц в клеточной стенке и внутри клетки [3,17,18].
Очень важными являются две особенности, связанные с фармацевтической формой сер ебра (см. обзор [3] и ссылки в нем):
1) только ионная фор ма серебр а (Л§+) обладает бактерицидным действием;
2) «олигодинамическое действие» (эффективность в малых концентрациях) ионной формы, которое отсутствует у металлического (неионного) и коллоидного серебр а. Это свойство серебр а объясняют его связыванием с белковыми стр уктурами, приводящем к их дисфункции.
Таким образом, в связи с активизацией разработок различных препар атов сереб ра, в том числе и для внутреннего применения, а также недостаточностью сведений о его проникновении в эукариотические клетки весьма актуальным представляется вопрос его воздействия на липидную компоненту мембраны.
Настоящая работа посвящена изучению воздействия ионной фор мы сереб ра (так называемого мембр анотропного действия) на модельные мембраны, сформированные из фосфоли-пидов, составляющих о сновную долю липидов в мембранах человека. В работе используется системный подход, позволяющий получать сведения о мембранотропном действии определенного иона в ряду других ионов той же химической группы (подгруппы) [19]. В качестве источника Л§+ был выбран водный раствор нитрата серебра как наиболее широко распро-страненная форма сереб ра в фар мацевтическом [3] и экологическом плане (загрязнение сереб -ром окружающей среды) [16].
Установление вклада нитрат-иона (КО-) в мембранотропное действие нитрата серебра являлось дополнительной задачей данного исследования, поскольку данных о воздействии нитрат-иона на фазовое состояние липидного бис-лоя в литературе обнаружено не было.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объектов исследования в данной работе были выбраны системы, воспроизводящие жидкокристаллическую упорядоченность биологических мембран, - модельные мембраны на основе лиотропных жидкокристаллических фаз фосфатидилхолинов. Исследованные модельные системы пр едставляют собой гидра -тир ованные (массовая доля воды 50%) мульти-бислои Ь-а-дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ) и Ь-а-димиристоилфосфатидилхолина (ДМФХ) производства «Л1ех18 ВюсЬетса^» (Швейцар ия). Образцы были приготовлены на основе растворов А§КО3 в концентрациях от 0,11 до 4,09 М (мольные соотношения ли-пид:соль от 12:1 до 1:3). Использованы соли марки «ос. ч.».
Для приготовления образцов к фосфолипи-ду в кристаллической форме добавляли необходимое количество бидистиллированной воды либо соответствующего р аствора. Затем образец термостатировали в течение нескольких суток при комнатной температуре, периодически прогревая выше температуры плавления, перемешивая и поддерживая относительное содержание воды постоянным.
Исследование методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) проводили с помощью термоаналитической системы «Ме1-Иег ТА 3000» (Швейцария). Исследуемые образцы в количестве 15-25 мг помещали в алюминиевые тигли и запечатывали. Программируемая схема температур ного сканирования со -
держала последовательные циклы нагревания и о хлаждения со скор о стью 2 К/мин. Пар амет-ры фазовых переходов из полученных термограмм определяли с помощью программного обеспечения прибора «Mettler TA 3000». Точность опр еделения темпер атур ы фазовых пер е-ходов со ставляла 0,1°С, точность опр еделения энтальпии - 1 кДж/кг.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследования мембранотропного действия Ag+ пр оводили для водных р аствор ов AgNO3. П р исутствие в системе нитр ат-иона обусловило необходимость пр оведения дополнительных исследований его мембр анотр опного действия. Известно, что на клеточном уровне действие нитр ат-иона токсично; существует мнение, что основным его токсическим проявлением является тканевая гипоксия, обусловленная нар уше-нием ср азу нескольких метаболических пр оцес-сов [20].
Для выявления мембр анотр опного действия нитр ат-иона был использован экспер именталь-ный подход [19], в котором, в частности, была установлена линейная корреляция между сдвигом темпер атур ы о сновного фазового пер ехода липидных мультибислойных структур (ДГт), со -дер жащих соли металлов подгр уппы 1А, и ионными радиусами этих металлов (гса11оп). По-стр оение такой корреляции для ряда хлор идов позволило, в частности, сделать вывод о крайне незначительном вкладе хлор ид-иона в мембр а -нотр опное действие исследованных солей в условиях эксперимента. Это согласуется с литер атур ными данными, полученными др угими методами [21,22]. Аналогичным обр азом были по» для ряда
сайоп
лучены корреляции «ДГт нитр атов металлов подгруппы 1А (рис. 1).
Здесь необходимо уточнить, что исследования действия хлор идов пр оводили на мульти-бислоях ДМФХ, или (14:0;14:0)-фо сфатидилхо -линов, тогда как действие нитр атов было изучено на мультибислоях ДПФХ, или (16:0;16:0)-фосфатидилхолинов. Удлинение углеводородных «хвостов» липидной молекулы на
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.