Estructura computacional i aplicacions de la semblança molecular quàntica

La tesis tracta diferents aspectes relacionats amb el càlcul de la semblança quàntica, així com la seva aplicació en la racionalització i predicció de l'activitat de fàrmacs. Es poden destacar dos progressos importants en el desenvolupament de noves metodologies que faciliten el càlcul de les mesures de semblança quàntica. En primer lloc, la descripció de les molècules mitjançant les funciones densitat aproximades PASA (Promolecular Atomic Shell Approximation) ha permès descriure amb suficient precisió la densitat electrònica dels sistemes moleculars analitzats, reduint substancialment el temps de càlcul de les mesures de semblança. En segon lloc, el desenvolupament de tècniques de superposició molecular específiques de les mesures de semblança quàntica ha permès resoldre el problema de l'alineament en l'espai dels compostos comparats. El perfeccionament d'aquests nous procediments i algoritmes matemàtics associats a les mesures de semblança molecular quàntica, ha estat essencial per poder progressar en diferents disciplines de la química computacional, sobretot les relacionades amb les anàlisis quantitatives entre les estructures moleculars i les seves activitats biològiques, conegudes amb les sigles angleses QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships). Precisament en l'àrea de les relacions estructura-activitat s'han presentat dues aproximacions fonamentades en la semblança molecular quàntica que s'originen a partir de dues representacions diferents de les molècules. La primera descripció considera la densitat electrònica global de les molècules i és important, entre altres, la disposició dels objectes comparats en l'espai i la seva conformació tridimensional. El resultat és una matriu de semblança amb les mesures de semblança de tots els parells de compostos que formen el conjunt estudiat. La segona descripció es fonamenta en la partició de la densitat global de les molècules en fragments. S'utilitzen mesures d'autosemblança per analitzar els requeriments bàsics d'una determinada activitat des del punt de vista de la semblança quàntica. El procés permet la detecció de les regions moleculars que són responsables d'una alta resposta biològica. Això permet obtenir un patró amb les regions actives que és d'evident interès per als propòsits del disseny de fàrmacs. En definitiva, s'ha comprovat que mitjançant la simulació i manipulació informàtica de les molècules en tres dimensions es pot obtenir una informació essencial en l'estudi de la interacció entre els fàrmacs i els seus receptors macromoleculars.

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Molecular And Biochemical Characterization Of Caffeine Synthase And Purine Alkaloid Concentration In Guarana Fruit.

Guarana seeds have the highest caffeine concentration among plants accumulating purine alkaloids, but in contrast with coffee and tea, practically nothing is known about caffeine metabolism in this Amazonian plant. In this study, the levels of purine alkaloids in tissues of five guarana cultivars were determined. Theobromine was the main alkaloid that accumulated in leaves, stems, inflorescences and pericarps of fruit, while caffeine accumulated in the seeds and reached levels from 3.3% to 5.8%. In all tissues analysed, the alkaloid concentration, whether theobromine or caffeine, was higher in young/immature tissues, then decreasing with plant development/maturation. Caffeine synthase activity was highest in seeds of immature fruit. A nucleotide sequence (PcCS) was assembled with sequences retrieved from the EST database REALGENE using sequences of caffeine synthase from coffee and tea, whose expression was also highest in seeds from immature fruit. The PcCS has 1083bp and the protein sequence has greater similarity and identity with the caffeine synthase from cocoa (BTS1) and tea (TCS1). A recombinant PcCS allowed functional characterization of the enzyme as a bifunctional CS, able to catalyse the methylation of 7-methylxanthine to theobromine (3,7-dimethylxanthine), and theobromine to caffeine (1,3,7-trimethylxanthine), respectively. Among several substrates tested, PcCS showed higher affinity for theobromine, differing from all other caffeine synthases described so far, which have higher affinity for paraxanthine. When compared to previous knowledge on the protein structure of coffee caffeine synthase, the unique substrate affinity of PcCS is probably explained by the amino acid residues found in the active site of the predicted protein.

On The Distinct Molecular Architectures Of Dipping- And Spray-lbl Films Containing Lipid Vesicles.

The introduction of spraying procedures to fabricate layer-by-layer (LbL) films has brought new possibilities for the control of molecular architectures and for making the LbL technique compliant with industrial processes. In this study we show that significantly distinct architectures are produced for dipping and spray-LbL films of the same components, which included DODAB/DPPG vesicles. The films differed notably in their thickness and stratified nature. The electrical response of the two types of films to aqueous solutions containing erythrosin was also different. With multidimensional projections we showed that the impedance for the DODAB/DPPG spray-LbL film is more sensitive to changes in concentration, being therefore more promising as sensing units. Furthermore, with surface-enhanced Raman scattering (SERS) we could ascribe the high sensitivity of the LbL films to adsorption of erythrosin.

Albumin Is Synthesized In Epididymis And Aggregates In A High Molecular Mass Glycoprotein Complex Involved In Sperm-egg Fertilization.

The epididymis has an important role in the maturation of sperm for fertilization, but little is known about the epididymal molecules involved in sperm modifications during this process. We have previously described the expression pattern for an antigen in epididymal epithelial cells that reacts with the monoclonal antibody (mAb) TRA 54. Immunohistochemical and immunoblotting analyses suggest that the epitope of the epididymal antigen probably involves a sugar moiety that is released into the epididymal lumen in an androgen-dependent manner and subsequently binds to luminal sperm. Using column chromatography, SDS-PAGE with in situ digestion and mass spectrometry, we have identified the protein recognized by mAb TRA 54 in mouse epididymal epithelial cells. The ∼65 kDa protein is part of a high molecular mass complex (∼260 kDa) that is also present in the sperm acrosomal vesicle and is completely released after the acrosomal reaction. The amino acid sequence of the protein corresponded to that of albumin. Immunoprecipitates with anti-albumin antibody contained the antigen recognized by mAb TRA 54, indicating that the epididymal molecule recognized by mAb TRA 54 is albumin. RT-PCR detected albumin mRNA in the epididymis and fertilization assays in vitro showed that the glycoprotein complex containing albumin was involved in the ability of sperm to recognize and penetrate the egg zona pellucida. Together, these results indicate that epididymal-derived albumin participates in the formation of a high molecular mass glycoprotein complex that has an important role in egg fertilization.

Molecular And Morphological Evidence Reveals A New Species In The Phyllomedusa Hypochondrialis Group (hylidae, Phyllomedusinae) From The Atlantic Forest Of The Highlands Of Southern Brazil.

The taxonomic status of a disjunctive population of Phyllomedusa from southern Brazil was diagnosed using molecular, chromosomal, and morphological approaches, which resulted in the recognition of a new species of the P. hypochondrialis group. Here, we describe P. rustica sp. n. from the Atlantic Forest biome, found in natural highland grassland formations on a plateau in the south of Brazil. Phylogenetic inferences placed P. rustica sp. n. in a subclade that includes P. rhodei + all the highland species of the clade. Chromosomal morphology is conservative, supporting the inference of homologies among the karyotypes of the species of this genus. Phyllomedusa rustica is apparently restricted to its type-locality, and we discuss the potential impact on the strategies applied to the conservation of the natural grassland formations found within the Brazilian Atlantic Forest biome in southern Brazil. We suggest that conservation strategies should be modified to guarantee the preservation of this species.

Effect Of Aloe Vera Application On The Content And Molecular Arrangement Of Glycosaminoglycans During Calcaneal Tendon Healing.

Although several treatments for tendon lesions have been proposed, successful tendon repair remains a great challenge for orthopedics, especially considering the high incidence of re-rupture of injured tendons. Our aim was to evaluate the pharmacological potential of Aloe vera on the content and arrangement of glycosaminoglycans (GAGs) during tendon healing, which was based on the effectiveness of A. vera on collagen organization previously observed by our group. In rats, a partial calcaneal tendon transection was performed with subsequent topical A. vera application at the injury site. The tendons were treated with A. vera ointment for 7 days and excised on the 7(th) , 14(th) , or 21(st) day post-surgery. Control rats received ointment without A. vera. A higher content of GAGs and a lower amount of dermatan sulfate were detected in the A. vera-treated group on the 14(th) day compared with the control. Also at 14 days post-surgery, a lower dichroic ratio in toluidine blue stained sections was observed in A. vera-treated tendons compared with the control. No differences were observed in the chondroitin-6-sulfate and TGF-β1 levels between the groups, and higher amount of non-collagenous proteins was detected in the A. vera-treated group on the 21(st) day, compared with the control group. No differences were observed in the number of fibroblasts, inflammatory cells and blood vessels between the groups. The application of A. vera during tendon healing modified the arrangement of GAGs and increased the content of GAGs and non-collagenous proteins.

Genetic Breeding And Diversity Of The Genus Passiflora: Progress And Perspectives In Molecular And Genetic Studies.

Despite the ecological and economic importance of passion fruit (Passiflora spp.), molecular markers have only recently been utilized in genetic studies of this genus. In addition, both basic genetic researches related to population studies and pre-breeding programs of passion fruit remain scarce for most Passiflora species. Considering the number of Passiflora species and the increasing use of these species as a resource for ornamental, medicinal, and food purposes, the aims of this review are the following: (i) to present the current condition of the passion fruit crop; (ii) to quantify the applications and effects of using molecular markers in studies of Passiflora; (iii) to present the contributions of genetic engineering for passion fruit culture; and (iv) to discuss the progress and perspectives of this research. Thus, the present review aims to summarize and discuss the relationship between historical and current progress on the culture, breeding, and molecular genetics of passion fruit.

Molecular Variations In Aromatic Cosolutes: Critical Role In The Rheology Of Cationic Wormlike Micelles.

Wormlike micelles formed by the addition to cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) of a range of aromatic cosolutes with small molecular variations in their structure were systematically studied. Phenol and derivatives of benzoate and cinnamate were used, and the resulting mixtures were studied by oscillatory, steady-shear rheology, and the microstructure was probed by small-angle neutron scattering. The lengthening of the micelles and their entanglement result in remarkable viscoelastic properties, making rheology a useful tool to assess the effect of structural variations of the cosolutes on wormlike micelle formation. For a fixed concentration of CTAB and cosolute (200 mmol L(-1)), the relaxation time decreases in the following order: phenol > cinnamate> o-hydroxycinnamate > salicylate > o-methoxycinnamate > benzoate > o-methoxybenzoate. The variations in viscoelastic response are rationalized by using Mulliken population analysis to map out the electronic density of the cosolutes and quantify the barrier to rotation of specific groups on the aromatics. We find that the ability of the group attached to the aromatic ring to rotate is crucial in determining the packing of the cosolute at the micellar interface and thus critically impacts the micellar growth and, in turn, the rheological response. These results enable us for the first time to propose design rules for the self-assembly of the surfactants and cosolutes resulting in the formation of wormlike micelles with the cationic surfactant CTAB.

Inhibition Of Tumor Necrosis Factor-alpha And Cyclooxigenase-2 By Isatin: A Molecular Mechanism Of Protection Against Tnbs-induced Colitis In Rats.

Isatin, an indole alkaloid has been shown to have anti-microbial, anti-tumor and anti-inflammatory effects. Due to its findings, we evaluated whether this alkaloid would have any effect on TNBS-induced colitis. Animals (male Unib:WH rats, aged 8 weeks old) were induced colitis through a rectal administration of 2,4,6-trinitrobenzene sulphonic acid using a catheter inserted 8 cm into the rectum of the animals. The rats were divided into two major groups: non-colitic and colitic. The colitic group was sub-divided into 6 groups (10 animals per group): colitic non-treated, Isatin 3; 6; 12.5; 18.75 and 25 mg/kg. Our main results showed that the oral treatment with Isatin 6 and 25 mg/kg were capable of avoiding the increase in TNF-α, COX-2 and PGE₂ levels when compared to the colitic non-treated group. Interestingly, the same doses (6 and 25 mg/kg) were also capable of preventing the decrease in IL-10 levels comparing with the colitic non-treated group. The levels of MPO, (an indirect indicator of neutrophil presence), were also maintained lower than those of the colitic non-treated group. Isatin also prevented the decrease of SOD activity and increase of GSH-Px and GSH-Rd activity as well as the depletion of GSH levels. In conclusion, both pre-treatments (6 and 25 mg/kg) were capable of protecting the gut mucosa against the injury caused by TNBS, through the combination of antioxidant and anti-inflammatory properties, which, together, showed a protective activity of the indole alkaloid Isatin.

Analysis Of The Ergosterol Biosynthesis Pathway Cloning, Molecular Characterization And Phylogeny Of Lanosterol 14 α-demethylase (erg11) Gene Of Moniliophthora Perniciosa.

The phytopathogenic fungus Moniliophthora perniciosa (Stahel) Aime & Philips-Mora, causal agent of witches' broom disease of cocoa, causes countless damage to cocoa production in Brazil. Molecular studies have attempted to identify genes that play important roles in fungal survival and virulence. In this study, sequences deposited in the M. perniciosa Genome Sequencing Project database were analyzed to identify potential biological targets. For the first time, the ergosterol biosynthetic pathway in M. perniciosa was studied and the lanosterol 14α-demethylase gene (ERG11) that encodes the main enzyme of this pathway and is a target for fungicides was cloned, characterized molecularly and its phylogeny analyzed. ERG11 genomic DNA and cDNA were characterized and sequence analysis of the ERG11 protein identified highly conserved domains typical of this enzyme, such as SRS1, SRS4, EXXR and the heme-binding region (HBR). Comparison of the protein sequences and phylogenetic analysis revealed that the M. perniciosa enzyme was most closely related to that of Coprinopsis cinerea.

Molecular Genetic Variability Of Commercial And Wild Accessions Of Passion Fruit (passiflora Spp.) Targeting Ex Situ Conservation And Breeding.

Passiflora species are distributed throughout Latin America, and Brazil and Colombia serve as the centers of diversity for this genus. We performed cross-species amplification to evaluate 109 microsatellite loci in 14 Passiflora species and estimated the diversity and genetic structure of Passiflora cincinnata, Passiflora setaceae and Passiflora edulis. A total of 127 accessions, including 85 accessions of P. edulis, a commercial species, and 42 accessions of 13 wild species, were examined. The cross-species amplification was effective for obtaining microsatellite loci (average cross-amplification of 70%). The average number of alleles per locus (five) was relatively low, and the average diversity ranged from 0.52 in P. cincinnata to 0.32 in P. setacea. The Bayesian analyses indicated that the P. cincinnata and P. setacea accessions were distributed into two groups, and the P. edulis accessions were distributed into five groups. Private alleles were identified, and suggestions for core collections are presented. Further collections are necessary, and the information generated may be useful for breeding and conservation.

Solid Lipid Nanoparticles As Nucleic Acid Delivery System: Properties And Molecular Mechanisms.

Solid lipid nanoparticles (SLNs) have been proposed in the 1990s as appropriate drug delivery systems, and ever since they have been applied in a wide variety of cosmetic and pharmaceutical applications. In addition, SLNs are considered suitable alternatives as carriers in gene delivery. Although important advances have been made in this particular field, fundamental knowledge of the underlying mechanisms of SLN-mediated gene delivery is conspicuously lacking, an imperative requirement in efforts aimed at further improving their efficiency. Here, we address recent advances in the use of SLNs as platform for delivery of nucleic acids as therapeutic agents. In addition, we will discuss available technology for conveniently producing SLNs. In particular, we will focus on underlying molecular mechanisms by which SLNs and nucleic acids assemble into complexes and how the nucleic acid cargo may be released intracellularly. In discussing underlying mechanisms, we will, when appropriate, refer to analogous studies carried out with systems based on cationic lipids and polymers, that have proven useful in the assessment of structure-function relationships. Finally, we will give suggestions for improving SLN-based gene delivery systems, by pointing to alternative methods for SLNplex assembly, focusing on the realization of a sustained nucleic acid release.

Association Between Cationic Liposomes And Low Molecular Weight Hyaluronic Acid.

This work presents a study of the association between low molecular weight hyaluronic acid (16 kDa HA) and cationic liposomes composed of egg phosphatidylcholine (EPC), 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), and 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP). The cationic liposome/HA complexes were evaluated to determine their mesoscopic structure, average size, zeta potential, and morphology as a function of the amount of HA in the system. Small angle X-ray scattering results revealed that neighboring cationic liposomes either stick together after a partial coating of low concentration HA or disperse completely in excess of HA, but they never assemble as multilamellar vesicles. Cryo-transmission electron microscopy images confirm the existence of unilamellar vesicles and large aggregates of unilamellar vesicles for HA fractions up to 80% (w/w). High concentrations of HA (> 20% w/w) proved to be efficient for coating extruded liposomes, leading to particle complexes with sizes in the nanoscale range and a negative zeta potential.