Études des interactions entre la mucine et certains polymères bioadhésifs

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Études des interactions entre la mucine et certains polymères bioadhésifs

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Études des interactions détergents/lipides dans les systèmes membranaires

Les liposomes sont des structures sphériques formés par l'auto-assemblage de molécules amphiphiles sous forme d'une bicouche. Cette bicouche sépare le volume intérieur du liposome du milieu extérieur, de la même manière que les membranes cellulaires. Les liposomes sont donc des modèles de membranes cellulaires et sont formulés pour étudier les processus biologiques qui font intervenir la membrane (transport de molécules à travers la membrane, effets des charges en surface, interactions entre la matrice lipidique et d'autres molécules, etc.). Parce qu'ils peuvent encapsuler une solution aqueuse en leur volume intérieur, ils sont aussi utilisés aujourd'hui comme nanovecteurs de principes actifs. Nous avons formulé des liposomes non-phospholipidiques riches en stérol que nous avons appelés stérosomes. Ces stérosomes sont composés d'environ 30 % d'amphiphiles monoalkylés et d'environ 70 % de stérols (cholestérol, Chol, et/ou sulfate de cholestérol, Schol). Quand certaines conditions sont respectées, ces mélanges sont capables de former une phase liquide ordonnée (Lo) pour donner, par extrusion, des vésicules unilamellaires. Certaines de ces nouvelles formulations ont été fonctionnalisées de manière à libérer leur contenu en réponse à un stimulus externe. En incorporant des acides gras dérivés de l’acide palmitique possédant différents pKa, nous avons pu contrôler le pH auquel la libération débute. Un modèle mathématique a été proposé afin de cerner les paramètres régissant leur comportement de libération. En incorporant un amphiphile sensible à la lumière (un dérivé de l’azobenzène), les liposomes formés semblent répondre à une radiation lumineuse. Pour ce système, il serait probablement nécessaire de tracer le diagramme de phase du mélange afin de contrôler la photo-libération de l’agent encapsulé. Nous avons aussi formulé des liposomes contenant un amphiphile cationique (le chlorure de cétylpyridinium). En tant que nanovecteurs, ces stérosomes montrent un potentiel intéressant pour la libération passive ou contrôlée de principes actifs. Pour ces systèmes, nous avons développé un modèle pour déterminer l’orientation des différentes molécules dans la bicouche. La formation de ces nouveaux systèmes a aussi apporté de nouvelles connaissances dans le domaine des interactions détergents-lipides. Aux nombreux effets du cholestérol (Chol) sur les systèmes biologiques, il faut ajouter maintenant que les stérols sont aussi capables de forcer les amphiphiles monoalkylés à former des bicouches. Cette nouvelle propriété peut avoir des répercussions sur notre compréhension du fonctionnement des systèmes biologiques. Enfin, les amphiphiles monoalkylés peuvent interagir avec la membrane et avoir des répercussions importantes sur son fonctionnement. Par exemple, l'effet antibactérien de détergents est supposé être dû à leur insertion dans la membrane. Cette insertion est régie par l'affinité existant entre le détergent et cette dernière. Dans ce cadre, nous avons voulu développer une nouvelle méthode permettant d'étudier ces affinités. Nous avons choisi la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour sa sensibilité. Les hypothèses permettant de déterminer cette constante d’affinité se basent sur l’incapacité du détergent à exalter le signal SERS lorsque le détergent est inséré dans la membrane. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par titration calorimétrique isotherme (ITC). Les résultats ont montré des différences. Ces différences ont été discutées.

A forced titration study of the antioxidant and immunomodulatory effects of Ambrotose AO supplement

Background Oxidative stress plays a role in acute and chronic inflammatory disease and antioxidant supplementation has demonstrated beneficial effects in the treatment of these conditions. This study was designed to determine the optimal dose of an antioxidant supplement in healthy volunteers to inform a Phase 3 clinical trial. Methods The study was designed as a combined Phase 1 and 2 open label, forced titration dose response study in healthy volunteers (n = 21) to determine both acute safety and efficacy. Participants received a dietary supplement in a forced titration over five weeks commencing with a no treatment baseline through 1, 2, 4 and 8 capsules. The primary outcome measurement was ex vivo changes in serum oxygen radical absorbance capacity (ORAC). The secondary outcome measures were undertaken as an exploratory investigation of immune function. Results A significant increase in antioxidant activity (serum ORAC) was observed between baseline (no capsules) and the highest dose of 8 capsules per day (p = 0.040) representing a change of 36.6%. A quadratic function for dose levels was fitted in order to estimate a dose response curve for estimating the optimal dose. The quadratic component of the curve was significant (p = 0.047), with predicted serum ORAC scores increasing from the zero dose to a maximum at a predicted dose of 4.7 capsules per day and decreasing for higher doses. Among the secondary outcome measures, a significant dose effect was observed on phagocytosis of granulocytes, and a significant increase was also observed on Cox 2 expression. Conclusion This study suggests that Ambrotose AO® capsules appear to be safe and most effective at a dosage of 4 capsules/day. It is important that this study is not over interpreted; it aimed to find an optimal dose to assess the dietary supplement using a more rigorous clinical trial design. The study achieved this aim and demonstrated that the dietary supplement has the potential to increase antioxidant activity. The most significant limitation of this study was that it was open label Phase 1/Phase 2 trial and is subject to potential bias that is reduced with the use of randomization and blinding. To confirm the benefits of this dietary supplement these effects now need to be demonstrated in a Phase 3 randomised controlled trial (RCT).

The significance of controlled conditions in lentiviral vector titration and in the use of multiplicity of infection (MOI) for predicting gene transfer events

Background: Although lentiviral vectors have been widely used for in vitro and in vivo gene therapy researches, there have been few studies systematically examining various conditions that may affect the determination of the number of viable vector particles in a vector preparation and the use of Multiplicity of Infection (MOI) as a parameter for the prediction of gene transfer events. Methods: Lentiviral vectors encoding a marker gene were packaged and supernatants concentrated. The number of viable vector particles was determined by in vitro transduction and fluorescent microscopy and FACs analyses. Various factors that may affect the transduction process, such as vector inoculum volume, target cell number and type, vector decay, variable vector - target cell contact and adsorption periods were studied. MOI between 0-32 was assessed on commonly used cell lines as well as a new cell line. Results: We demonstrated that the resulting values of lentiviral vector titre varied with changes of conditions in the transduction process, including inoculum volume of the vector, the type and number of target cells, vector stability and the length of period of the vector adsorption to target cells. Vector inoculum and the number of target cells determine the frequencies of gene transfer event, although not proportionally. Vector exposure time to target cells also influenced transduction results. Varying these parameters resulted in a greater than 50-fold differences in the vector titre from the same vector stock. Commonly used cell lines in vector titration were less sensitive to lentiviral vector-mediated gene transfer than a new cell line, FRL 19. Within 0-32 of MOI used transducing four different cell lines, the higher the MOI applied, the higher the efficiency of gene transfer obtained. Conclusion: Several variables in the transduction process affected in in vitro vector titration and resulted in vastly different values from the same vector stock, thus complicating the use of MOI for predicting gene transfer events. Commonly used target cell lines underestimated vector titre. However, within a certain range of MOI, it is possible that, if strictly controlled conditions are observed in the vector titration process, including the use of a sensitive cell line, such as FRL 19 for vector titration, lentivector-mediated gene transfer events could be predicted. © 2004 Zhang et al; licensee BioMed Central Ltd.

Thermodynamics of ligand (substrate end product) binding to endoxylanase from Chainia sp. (NCL-82-5-1): isothermal calorimetry and fluorescence titration studies

The binding of xylo-oligosaccharides to Chainia endoxylanase resulted in a decrease in fluorescence intensity of the enzyme with the formation of 1:1 complex. Equilibrium and thermodynamic parameters of ligand binding were determined by fluorescence titrations and titration calorimetry. The affinity of xylanase for the oligosaccharides increases in the order X-2 < X-3 < X-4 less than or equal to X-5. Contributions from the enthalpy towards the free energy change decreased with increasing chain length from X-2 to X-4, whereas an increase in entropy was observed, the change in enthalpy and entropy of binding being compensatory. The entropically driven binding process suggested that hydrophobic interactions as well as hydrogen bonds play a predominant role in ligand binding.

Titration calorimetric studies to elucidate the specificity of the interactions of polymyxin B with lipopolysaccharides and lipid A

Lipopolysaccharide (LPS), the major cell wall constituent of Gram-negative bacteria, evokes a multitude of biological effects in mammals including pyrogenicity and toxic shock syndrome. Polymyxin B (PmB), a polycationic cyclic peptide, is known to neutralize most of its activities. The nature of the interaction of PmB with LPS and lipid A was investigated by isothermal titration calorimetry. PmB binds to LPS as well as lipid A stoichiometrically and non-co-operatively with micromolar affinity. These interactions are driven primarily by a favourable change in entropy (delta S) and are endothermic in nature. These positive changes in enthalpies decrease with increasing temperature, yielding a heat capacity change, delta Cp, of -2385 J.mol-1.degree-1 for PmB-LPS interactions while the binding of PmB to lipid A displays a delta Cp of -2259 J.mol-1.degree-1. The negative heat capacity changes provide strong evidence for the role of hydrophobic interactions as the driving force for the association of PmB with LPS and lipid A. A correlation of the energetics of these interactions with analyses of the molecular models of PmB suggests that a cluster of solvent-exposed non-polar amino acid side-chains that line one surface of the molecule, together with a ring of positively charged residues on its other surface, are responsible for its strong and stoichiometric binding to LPS.

An Easy-to-Construct Automated Winkler Titration System

The instrument described in this report is an updated version of the high precision, automated Winkler titration system described by Friederich et al.(1984). The original instrument was based on the work of Bryan et al. (1976) who developed a colorimetric endpoint detector and on the work of Williams and Jenkinson (1982) who produced an automated system that used this detector. The goals of our updated version of the device described by Friederich et al. (1984) were as follows: 1) Move control of the system to the MS-DOS environment because HP-85 computers are no longer in production and because more user-friendly programs could be written using the IBM XT or AT computers that control the new device. 2) Use more "off the shelf" components and reduce the parts count in the new system so that it could be easily constructed and maintained. This report describes how to construct and use the new automated Winkler titration device. It also includes information on the chemistry of the Winkler titration, and detailed instructions on how to prepare reagents, collect samples, standardize and perform the titrations (Appendix I: Codispoti, L.A. 1991 On the determination of dissolved oxygen in sea water, 15pp.). A disk containing the program needed to operate the new device is also included. (pdf contains 33 pages)

Determination of Point of Zero Charge of Tunisian Kaolinites by Potentiometric and Mass Titration Methods

This paper deals with determining points of zero charge of natural and Na+-saturated mineral kaolinites using two methods: (1) acid-base potentiometric titration was employed to obtain the adsorption of H+ and OH- on amphoteric surfaces in solutions of varying ionic strengths in order to determinate graphically the point of zero net proton charge (PZNPC) defined equally as point of zero salt effect (PZSE); (2) mass titration curve at different electrolyte concentrations in order to estimate PZNPCs by interpolation and to compare with those determined by potentiometric titrations. The two methods involved points of zero charge approximately similar for the two kaolinites between 6.5-7.8, comparable to those reported previously and were in the range expected for these clay minerals. The comparison of potentiometric surface titration curves obtained at 25 °C and those published in the literature reveals significant discrepancies both in the shape and in the pH of PZNPCs values.

Comparison of salt titration and potentiometric titration methods for the determination of zero point of charge

the salt ritration metod was evaluated as a method to determine zpc in comparison with the potentiometric titration method for 26 soil with variable charge clays,i.e.,Oxisols and Ultisols from Thailand and Andisols from Japan. In addition to the determination of ST-pH0 as the zero point of charge, a calculation procedure was adopted here in order to acquire more information from the titration curve . fuithermore, for the purpose of cross-checking of zpc determined by the pt method, the st procedure was successively applied to the samples analyzed by the pt method.

Extraction mechanism of rare earths with sec-octylphenoxy acetic acid by two-phase titration technique

The compositions of the extracted complexes of La, Gd, Er and Y with sec-octyl-phenoxy acetic acid in heptane and the related apparent extraction equilibrium constants K-M were determined using two-phase titration technique. The stoichiometric compounds for La, Gd, Er and Y should be LaA(3) . 2.5HA, GdA(3) . 3HA, ErA(3) . 3.1HA and YA(3) . 4.3HA respectively. And their pK(M) are 3.43, 3.46, 3.08 and 2.58 respectively.

Determination of surface pK(a) of HS(CH2)(10)COOH SAMs using an electrochemical titration method

The self-assembled monolayer(SAM) of 11-mercaptoundecanoic acid [HS(CH2)(10)COOH] was formed on a gold electrode and the effect of the charge of end group on the electrochemical response of Fe(CN)(6)(3-) at the SAM modified electrode was studied by cyclic voltammetry. At high pH, when the -COOH groups are dissociated, the current of Fe(CN)(6)(3-) is suppressed; as the solution pH is lowered, the current of Fe(CN)(6)(3-) increases. The electrochemical titration curve was obtained by correlating the currents of Fe(CN)(6)(3-) to the different pH values of electrolyte, from which the surface pK(a) was obtained to be 3. 0+/-0. 2. Furthermore, the reason of small pK(a) value was explained using SAMs of different surface coverage.

Determination of surface pK(a) of SAM using an electrochemical titration method

A self-assembled monolayer (SAM) of 3-mercaptopropionic acid (HSCH2CH2COOH) was formed on a gold electrode. The effect of the charge of the end group on the electrochemical response of Fe(CN)(6)(3-) at the SAM modified electrode was studied by using cyclic voltammetry. At high pH, when the -COOH groups are dissociated, Fe(CN)(6)(3-) current is suppressed; as the solution pH is lowered, Fe(CN)(6)(3-) current increases. The electrochemical titration curve was obtained by correlating the currents to the different electrolyte pH values, from which the surface pK(a) was obtained to be 5.2+/-0.1. Furthermore, a calculation equation was presented to simulate the electrochemical titration. As comparison, the surface pK(a) was also measured by contact angle titration as 5.6+/-0.1. The surface pK(a) values determined by the two methods in our work are consistent and accurate.