Mechanisms of tumour-induced cachexia

The effect of cancer cachexia on host metabolism has been studied in mice transplanted with either the MAC16 adenocarcinoma which induces profound loss of host body weight and depletion of lipid stores or, the MAC13 adenocarcinoma which is of the same histological type, but which grows without an effect on host body weight. Oxidation of D-[U-14C]glucose was elevated in both tumour-bearing states irrespective of cachexia, when compared with non tumour-bearing controls. Both the MAC16 and MAC13 tumours in vivo utilised glucose at the expense of the brain, where its use was partially replaced by 3-hydroxybutyrate, a ketone body. Oxidation of both [U-14C]palmitic acid and [1-14C]triolein was significantly increased in MAC16 tumour-bearing animals and decreased in MAC13 tumour-bearing animals when compared with non tumour-bearing controls, suggesting that in cachectic tumour-bearing animals, mobilisation of body lipids is accompanied by an increased utilisation by the host. Weight loss in MAC16 tumour-bearing animals is associated with the production of a lipolytic factor. Injection of this partially purified lipolytic factor induced weight loss in recipient animals which could be maintained over time in tumour-bearing animals. This suggests that the tumour acts as a sink for the free fatty acids liberated as a result of the mobilisatation of adipose stores. Lipids are important as an energy source in cachectic animals because of their high calorific value and because glucose is being diverted away from host tissues to support tumour growth. Their importance is further demonstrated by the evidence of a MAC16 tumour-associated lipolytic factor. This lipolytic factor is the key to understanding the alterations in host metabolism that occur in tumour-induced cachexia, and may provide future alternatives for the reversal of cachexia and the treatment of cancer itself.

Hierarchical porous catalysts tailored for biodiesel production

There is a pressing need for sustainable transportation fuels to combat both climate change and dwindling fossil fuel reserves. Biodiesel, synthesised from non-food plant (e.g., Jatropha curcas) or algal crops is one possible solution, but its energy efficient production requires design of new solid catalysts optimized for the bulky triglyceride and fatty acid feedstocks. Here we report on the synthesis of hierarchical macroporous-mesoporous silica and alumina architectures, and their subsequent functionalization by propylsulfonic acid groups or alkaline earth oxides to generate novel solid acid and base catalysts. These materials possess high surface areas and well-defined, interconnected macro-mesopore networks with respective narrow pore size distributions tuneable around 300 nm and 5 nm. Their high conductivity and improved mass transport characteristics enhance activity towards transesterification of bulky tricaprylin and palmitic acid esterification, over mesoporous analogues. This opens the way to the wider application of hierarchical catalysts in biofuel synthesis and biomass conversion.

Cs-doped H4SiW12O40 catalysts for biodiesel applications

Cs exchanged silicotungstic acid catalysts of general formula CsxH4−xSiW12O40 (x = 0.8–4) have been synthesised and characterised by a range of techniques including elemental analysis, N2 gas adsorption, XRD, XPS and NH3 flow calorimetry. Cs substitution promotes recrystallisation of the parent H4SiW12O40 polyoxometallate to the Cs4 salt, via a stable intermediate phase formed at compositions between Cs0.8–2.8. This recrystallisation is accompanied by a pronounced rise and subsequent fall in porosity, with a maximum mesopore volume obtained for materials containing 2.8 Cs atoms per Keggin unit. Calorimetry reveals all CsxH4−xSiW12O40 are strong acids, with ΔHθads(NH3) ranging from −142 to 116 kJ mol−1 with increasing Cs content, consistently weaker than their phosphotungstic analogues. CsxH4−xSiW12O40 materials are active catalysts for both C4 and C8 triglyceride transesterification, and palmitic acid esterification with methanol. For loadings ≤0.8 Cs per Keggin, (trans)esterification activity arises from homogeneous contributions. However, higher degrees of substitution result in entirely heterogeneous catalysis, with rates proportional to the density of accessible acid sites present within mesopores.

Structure-activity relations in Cs-doped heteropolyacid catalysts for biodiesel production

A series of insoluble heteropolytungstate (H3PW12O40 HPW) salts, CsxH3−xPW12O40 (x=0.9–3x=0.9–3), were synthesized and characterized using a range of bulk and surface sensitive probes including N2 porosimetry, powder XRD, FTIR, XPS, 31P MAS NMR, and NH3 calorimetry. Materials with Cs content in the range x=2.0–2.7x=2.0–2.7 were composed of dispersed crystallites with surface areas ∼100 m2 g−1 and high Brönsted acid strengths [ΔH0ads(NH3)=−150 kJmol−1], similar to the parent heteropolyacid. The number of accessible surface acid sites probed by α -pinene isomerization correlated well with those determined by NH3 adsorption calorimetry and surface area measurements. CsxH3−xPW12O40 were active toward the esterification of palmitic acid and transesterification of tributyrin, important steps in fatty acid and ester processing for biodiesel synthesis. Optimum performance occurs for Cs loadings of x=2.0–2.3x=2.0–2.3, correlating with the accessible surface acid site density. These catalysts were recoverable with no leaching of soluble HPW.

Seasonal variations in surface metabolite composition of Fucus vesiculosus and Fucus serratus sampled at outer Kiel Fjord (August 2012 - July 2013)

The chemical composition of surface associated metabolites of two Fucus species (Fucus vesiculosus and Fucus serratus) was analysed by means of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) to describe temporal patterns in chemical surface composition. Method: The two perennial brown macroalgae F. vesiculosus and F. serratus were sampled monthly at Bülk, outer Kiel Fjord, Germany (54°27'21 N / 10°11'57 E) over an entire year (August 2012 - July 2013). Per month and species six non-fertile Fucus individuals were collected from mixed stands at a depth of 0.5 m under mid water level. For surface extraction approx. 50 g of the upper 5-10 cm apical thalli tips were cut off per species. The surface extraction of Fucus was performed according to the protocol of de Nys and co-workers (1998) with minor modifications (see Rickert et al. 2015). GC/EI-MS measurements were performed with a Waters GCT premier (Waters, Manchester, UK) coupled to an Agilent 6890N GC equipped with a DB-5 ms 30 m column (0.25 mm internal diameter, 0.25 mM film thickness, Agilent, USA). The inlet temperature was maintained at 250°C and samples were injected in split 10 mode. He carrier gas flow was adjusted to 1 ml min-1. Alkanes were used for referencing of retention times. For further details (GC-MS sample preparation and analysis) see the related publication (Rickert et al. submitted to PLOS ONE).

Long Chain Saturated Fatty Acids Increase Haptoglobin Gene Expression in C57BL/6J Mice Adipose Tissue and 3T3-L1 Cells

Background Dietary lipids are directly related to the composition of adipose tissue, aetiology of obesity and arousal of obesity-related pathologies, like chronic inflammation states. Haptoglobin is an acute phase protein secreted by the liver and white adipose tissue, and its blood levels vary according to the volume of fat in the body. Aim of the study To investigate the effect of diets enriched with large amounts of dietary fats, which differ in their fatty acid composition, on the haptoglobin gene expression by visceral and subcutaneous adipose tissue of mice fed for 2 days or 8 weeks. 3T3-L1 cells were treated with fatty acids that are found in those types of dietary fats. Methods Mice were treated acutely (for 2 days) or chronically (for 8 weeks) with diets enriched with soybean oil, fish oil, coconut oil or lard. 3T3-L1 cells were treated with six different fatty acids. Haptoglobin gene expression was quantified by northern blotting. Results Both chronic and acute treatment with lard, which is rich in long chain saturated fatty acids, increased the haptoglobin mRNA expression in the retroperitoneal and epidydimal white adipose tissues. Chronic treatment with coconut oil, which is rich in medium chain saturated fatty acids, increased the haptoglobin expression in the epidydimal and subcutaneous depots. In 3T3-L1, palmitic acid increased the haptoglobin gene expression. Conclusion The type of lipids in the diet can differently modulate the white adipose tissue gene expression of haptoglobin, and saturated fatty acids play a major role in promoting a pro-inflammatory environment. This response is fat pad specific and dependant on the duration of treatment.

Relations entre la composition du lait et les facteurs alimentaires dans les troupeaux laitiers québécois

L’objectif général des travaux présentes dans cette thèse de doctorat était d’établir la relation entre l’alimentation et la composition du lait des vaches laitières, en mettant l’emphase sur les teneurs en matières grasses (TMG), sur l’urée du lait et sur l’efficience d’utilisation de l’azote. Pour la TMG, c’est principalement la relation entre cette teneur et la différence alimentaire cations-anions (DACA) qui a été investiguée. Une base de données de 2 142 troupeaux québécois a été utilisée et la relation entre la composition de la ration, incluant la DACA, et la TMG du lait a été déterminée à l’aide de régressions multiples. Il a été possible de prédire entre 32 et 66 % de la variation de la TMG du lait en fonction du stade de lactation. Malgré plusieurs interactions trouvées, une augmentation de la DACA, une supplémentation avec de l’acide palmitique et une distribution des aliments en ration totale mélangée ont eu une relation positive avec la TMG du lait, tandis qu’une augmentation de la proportion de concentrés dans la ration a eu un effet négatif. Les modèles développés ont montré l’importance de la gestion de l’alimentation sur la TMG du lait. En plus, ils ont démontré l’intérêt de considérer la DACA dans la formulation de rations chez la vache laitière. Dans une deuxième étude, la même base des données a été utilisée pour identifier les facteurs nutritionnels qui peuvent faire varier la teneur en urée du lait. Contrairement à ce qui est mentionné dans la littérature, tant des corrélations positives et que négatives entre les teneurs en urée du lait et en protéines des rations à l’intérieur des troupeaux sur une période de 36 mois ont été obtenues. Pour mieux comprendre ces relations, les résultats de performances et d’alimentation de 100 troupeaux avec des corrélations positives (r > 0,69) et de 100 troupeaux avec des corrélations négatives (r < -0,44) entre la teneur en urée du lait et en protéine brute de la ration ont été comparés. Les résultats n’ont pas montré de différences entre les deux groupes ni pour la composition de la ration, ni pour l’urée du lait. Ces résultats ne permettent pas d’identifier le meilleur contexte pour l’utilisation de la teneur en urée du lait comme un outil de gestion de l’alimentation. Ces observations soulèvent des questions sur la validité de l’utilisation des statistiques d’alimentation provenant de la base de données utilisée pour des évaluations nutritionnelles plus spécifiques. Considérant les résultats du projet précédent, le dernier projet visait à mieux comprendre les caractéristiques des fermes avec différentes efficiences d’utilisation de l’azote en utilisant des données plus fiables. Ainsi, 100 fermes laitières au Québec ont été visitées pour recueillir les données de production, de consommation d’aliments et de gestion de leur troupeau. Ces fermes ont été divisées en quatre groupes par une analyse en grappes selon leur efficience d’utilisation de l’azote. La comparaison entre les groupes a montré que les fermes dans les groupes avec une plus haute efficience d’utilisation d’azote ont une production laitière moyenne par vache plus élevée. Pour les stratégies d’alimentation, les fermes plus efficientes donnent plus d’énergie, mais moins de protéines brutes que les fermes des groupes moins efficients. Les résultats ont également montré l’importance de la prise alimentaire des vaches sur l’efficience d’utilisation de l’azote puisque les fermes des groupes avec la plus grande efficience étaient également celles avec la plus faible prise alimentaire. Aussi, les résultats n’ont pas permis d’établir clairement la relation entre la teneur en urée du lait et l’efficience de l’utilisation de l’azote. En effet, des valeurs différentes pour l’urée du lait étaient obtenues entre le groupe plus efficient et le moins efficient, mais la faible ampleur de variation de l’efficience d’utilisation de l’azote des groupes intermédiaires n’a pas permis d’observer de différences pour l’urée du lait. Finalement, outre une réduction des risques de pollution, les fermes des groupes plus efficaces pour l’utilisation de l’azote étaient également celles avec la marge sur les coûts d’alimentation par les vaches plus élevées. Par conséquent, il y a aussi un intérêt économique à améliorer l’efficience de l’utilisation de l’azote sur les fermes.

Desenvolvimento de um novo processo para a produção de biodiesel etílico de mamona

No presente trabalho estudou-se a produção de ésteres etílicos de ácido graxo de Ricinus communis L. através da tranesterificação alcalina do óleo de mamona com etanol. Esta metodologia foi adotada para determinar as melhores condições para a produção de biodiesel a partir de óleo de mamona usando o mínimo de operações unitárias com benefícios do ponto de vista econômico e de produção de efluentes. Para a obtenção dos ésteres etílicos através do processo de transesterificação (etapa 1) utilizou-se como catalisador 1% de NaOH com etanol em uma razão molar de 6:1 seguido da adição de ácido sulfúrico. Após, a reação de esterificação (etapa 2) dos ácidos graxos contidos no biodiesel foi realizada visando reduzir o índice de acidez da amostra, ficando em torno de 2 mg de KOH/g. A quebra in situ dos sabões (provenientes da reação paralela de saponificação do triglicerídeo) pela adição de ácido sulfúrico ao meio reacional foi bem sucedida melhorando a separação dos FAEEs do glicerol. O processo em duas etapas transesterificação/esterificação apresentou boa conversão para os ésteres etílicos, diminuindo o índice de acidez e atingindo as especificações para glicerina total e livre. O biodiesel proveniente do óleo de mamona foi composto de 90,6% ácido ricinoléico (C18:1, OH), 3,2% ácido oléico (C18:1), 4,5% ácido linoléico (C18:2), 0,7% ácido esteárico (C18:0), 1,0% ácido palmítico (C16:0), triacilgliceróis (TGs, 0%), diacilgliceróis (DGs, 0,37%) monoacilgliceróis (MGs, 0,46%) e glicerol livre (0,25%) após o processo em duas etapas transesterificação/esterificação. O processo em duas etapas foi muito importante para determinar a integralidade da reação no rendimento do produto. Os resultados demonstram que o procedimento desenvolvido para a produção de FAEEs em escala de laboratório pode ser escalonado para uma planta piloto.

Síntese de ß-cetoésteres graxos a partir do ácido de Meldrum usando DCC e DMAP

Neste trabalho desenvolveu-se a síntese de -cetoésteres, a partir da acilação do ácido de Meldrum usando diferentes ácidos graxos, com cadeias saturadas e insaturadas. Inicialmente, foi realizado o experimento utilizando o ácido palmítico (1e) como modelo para obtenção de cloreto de ácido graxo, usando ácido de Meldrum e piridina como catalisador. Porém, após um longo tempo de reação, o -cetoéster palmítico (4e) foi obtido com baixo rendimento, não ultrapassando os 20%. Posteriormente, os experimentos foram realizados utilizando o ácidos graxos 1e, ácido de Meldrum (2), DCC, DMAP, e piridina à temperatura ambiente sob a atmosfera de nitrogênio. No entanto, o protocolo utilizado resultou no β-cetoéster 4e com rendimentos moderados. Em seguida examinou-se o efeito da adição do ácido de Meldrum após a adição dos ácido graxos e DCC. Neste caso, após a adição do DCC aos ácido graxos 1a-j foi observada a formação imediata das O-aciluréias graxas. A seguir a adição de 2,0 equiv de ácido de Meldrum (2) em diclorometano, revelou a formação dos respectivos enol graxos 3a-j. Posteriormente, os β- cetoésteres 4a-j foram obtidos a partir da reação do enol com o metanol. Este protocolo modificado proporcionou o aumento nos rendimentos (74 a 84%) dos β-cetoéster 4a-j. Após, o β-cetoéster 4k foi sintetizado em 75% utilizando o ácido de Meldrum (2) e ácido ricinoléico (1k), obtido a partir do biodiesel de mamona, à temperatura ambiente e sob a atmosfera de nitrogênio. Portanto, foi desenvolvido um método simples para obter β-cetoésteres graxos, a partir do ácido de Meldrum com cadeias graxas diversificadas utilizando DCC e DMAP. Além disso, o presente trabalho relata pela primeira vez a síntese de novos β-cetoésteres graxos derivados dos ácidos oléico, elaídico, ricinoléico, linoléico e linolênico.

Nitrogen vs argon: what is the most effective atmosphere for shelf-life extension of buckler sorrel leaves?

Buckler sorrel (Rumex induratus Boiss. & Reut.) is an underutilized leafy vegetable with peculiar sensory properties and potential as a gourmet food. In the food industry, different packaging methods have been used for shelf-life extension, but it is important to know how the quality of minimally processed vegetable is affected by these treatments. Recently, nitrogen and argon have been used for food packaging. Nitrogen is low soluble in water and other food constituents and does not support the growth of aerobic microbes. In turn, argon is biochemically active and appears to interfere with enzymatic oxygen receptor sites. In this study, modified atmospheres enriched with nitrogen and argon were evaluated for shelf-life extension of buckler sorrel leaves. Wild samples were gathered in Bragança, Portugal, considering local consumers’ sites and criteria. Healthy and undamaged leaves were selected, rinsed in tap water, and a portion was immediately analyzed (non-stored control). The remaining fresh material was packaged in polyethylene bags under nitrogen- and argon-enriched atmospheres and a conventional control atmosphere (air). All packaged samples were stored at 4 ºC for 12 days and then analyzed. The headspace gas composition was monitored during storage. Different quality attributes were evaluated, including visual (colour), nutritional (macronutrients, individual sugars and fatty acids) and bioactive (hydrophilic and lipophilic molecules and antioxidant properties) parameters. Different statistical tools were used; the one-way analysis of variance (ANO VA) was applied for analyse the differences among treatments and a linear discriminant analysis (LDA ) was used to evaluate the effects on the overall postharvest quality. The argon-enriched atmosphere better prevent the samples yellowing. The proximate composition did not change significantly during storage. Samples in control atmosphere revealed higher protein and ash contents and lower levels of lipids. The non-stored control samples presented the higher amounts of fructose, glucose and trehalose. The storage time increased the palmitic acid levels and decreased the content in α-linolenic and linoleic acids. The γ- e δ-tocopherols were higher after the 12 days of cold storage. Probably, the synthesis of these lipophilic compounds was a plant strategy to fight against the abiotic stress induced by storage. Higher levels of total phenolics and flavonoids and increased reducing power and β-carotene bleaching inhibition capacity were also found in the stored control samples. Once again, this result may be attributed to the intrinsic plant-protection mechanisms. Overall, the argon atmosphere was more suitable for quality preservation and shelf-life extension of buckler sorrel.

NUTRITIONAL COMPOSITION AND ANTIOXIDANT PROPERTIES OF RAPHIONACME SPLENDENS (SCHL.) TUBERS

People of Western Kordofan (Sudan) are endowed with a deep knowledge concerning the use of wild plants. Tubers of Raphionacme splendens Schl. subspecies splendens Flickr (family Apocynaceae), locally known as Elfayo, are used as a food reserve during times of famine or poor harvest. The aim of this study was to analyze the nutritional composition and antioxidant capacity of root tubers of R. splendens. Samples were collected from South-West Kordofan. Analyses included determination of moisture, carbohydrate, crude protein, fat, fibre, ash, minerals, vitamin C, amino acids and fatty acids composition. Antioxidant activity was determined by the DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) and ABTS (2.2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) assays. The total phenolic content was also assessed. The results, which are referred to as (%) dry weight, showed that the tubers contained 3.2% protein, 18% carbohydrate, 0.5% lipid, 2.4% crude fibre, 3.5% ash, 79.2% moisture and gross energy 101.7 kJ/g. The total amino acids were 10776 mg/100g where the essential amino acids represented 28.2%. The more abundant essential amino acids were leucine (792mg/100g), isoleucine (712mg/100g) and threonine (536mg/100g). Methionine and lysine were the limiting amino acids. Minerals were potassium (259mg/100g), calcium (183mg/100g), magnesium (64mg/100g), phosphorus (37mg/100g), copper (3.6mg/100g), manganese (2.4mg/100g), zinc (1.8mg/100g) and iron (1.2mg/100g). Total saturated fatty acids were 45.6% whereas total unsaturated fatty acids were 54.4%. Oleic acid (32.56%) and palmitic acid (30.23%) were the most abundant fatty acids. Tubers displayed good antioxidant activity with IC50 values 0.987 and 1.559mg/mL against DPPH and ABTS radicals respectively. Vitamin C was 31.5mg/100g and total phenolic content was 60mg gallic acid equivalent (GAE) per 100g dry sample and they could be the main contributor to the antioxidant capacity of the tubers. In conclusion, the results of this study suggested that tubers of R. splendens could have beneficial effect for food and/or nutraceutical application for normal growth and adequate protection against diseases associated with reactions of free radicals.

Compostos bioativos de microalgas com interesse no tratamento da diabetes

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Characterization of volatile compounds of Albertisia papuana Becc root extracts and cytotoxic activity in breast cancer cell line T47D

Purpose: To evaluate the cytotoxic activity of chloroform and water root extracts of Albertisia papuana Becc. on T47D cell line and identify the volatile compounds of the extracts. Methods: The plant roots were extracted with chloroform and water using maceration and boiling methods, respectively. The cytotoxicity of the extracts on T47D were determined using 3-(4,5- dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Doxorubicin was used as reference drug in the cytotoxicity test while Probit analysis was used to calculate the Median Growth Inhibitory Concentration IC50 of the extracts. The volatile compounds in the chloroform and water root extracts were analyzed using Gas Chromatography-Mass Spectrophotometry GC-MS. Results: The IC50 of the chloroform and water extracts were 28.0 ± 6.0 and 88.0 ± 5.5 μg/mL, respectively whereas that of doxorubicin was 8.5 ± 0.1 μg/mL. GC-MS results showed that there were 46 compounds in the chloroform extract, out of which the five major components are ethyl linoleate (49.68 %), bicyclo (3.3.1) non-2-ene (29.29 %), ethyl palmitate (5.06 %), palmitic acid (3.67 %) and ethyl heptadecanoate (1.57 %).The water extract consisted of three compounds, butanoic acid (15.58 %); methyl cycloheptane (3.45 %), and methyl 2-O-methylpentofuranoside (80.96 %). Conclusion: The chloroform root extract of A. papuana Becc. had a fairly potent anticancer activity against breast cancer cells and may be further developed as an anticancer agent. Its major components were fatty acids and fatty acid esters.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.