Investigations of the potential of synthetic phospholipids as membrane mimics - interactions with amphiphilic and polyphilic block copolymers

Abstract

Es wurden die Wechselwirkungen von amphiphilen und polyphilen Block-Copolymeren mit Derivaten des Lipides 1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (DPPC) untersucht. Die Block-Copolymere bestanden aus hydrophilen Poly(Glyceromonomethacrylat)-Blöcken, hydrophoben Poly(Propylenoxid)-Blöcken sowie perfluorierten Alkylkettensegmenten (F9) in unterschiedlicher Anordnung. Als Derivate von DPPC dienten das monofluorierte 1-palmitoyl-2-(16-fluoro palmitoyl)-sn-glycero-3-phosphocholin(F-DPPC), das Ether-Analogon 1,2-Di-O-hexadecyl-sn-glycero-3-phosphocholin(DHPC) sowie das kationische Lipid1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-ethylphosphocholin (EDPPC). Die modifizierten Lipide zeigten ein verändertes Verhalten der Lipid-Monoschicht an der Luft-Wasser Grenzfläche. Im Vergleich zu DPPC war die Phasenumwandlung vom flüssig-expandierten (LE) zum flüssig-kondensierten (LC) Zustand erst bei höheren Oberflächendrücken zu finden. Die mittels Fluoreszenzmikroskopie aufgenommenen Domänen der flüssig-kondensierten Phase zeigten ein fraktales Wachstum, woraus auf eine Dominanz elektrostatischer Dipol-Kräfte in der Monoschicht geschlossen wird. Die Aggregation der Lipide wurde durch das Vorhandensein der Copolymere behindert, außer bei dem Copolymer mit angeknüpftem Cholesterol. Die Zumischung von mehr als 5% Copolymer begünstigte die Bildung von Lipid-Domänen. Die temperatur-getriebene Fusion von interdigitierten Lipidvesikeln wurde mittels Cryo-Elektronenmikroskopie und Differential Scanning Calorimetry aufgeklärt. Alle Copolymere induzierten Defekte in der Struktur der interdigitierten Gelphase der Lipide. Dies hat zur Folge, dass die Schmelz- und Kristallisationstemperaturen sich verbreiterten oder sogar aufgespalten wurden.

Interactions of amphiphilic and polyphilic block copolymers based on hydrophilic poly(glycero monomethacrylate) blocks, hydrophobic poly(propylene oxide) and perfluorinated alkyl segments were studied with DPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) derivatives, including amonofluorinated lipid F-DPPC(1-palmitoyl-2-(16-fluoropalmitoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine), an ether analogue DHPC(1,2-di-O-hexadecyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and acationic lipid EDPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-ethylphosphocholine).The monolayer behavior of modified lipids was different from that of DPPC. The Liquid expanded (LE) to liquid condensed (LC) phase transition took place at higher surface pressures compared to DPPC and LC-domains visualized by epifluorescence microscopy had fractal growth, indicating the dominance of electrostatic dipolar forces in the monolayers. With the exception of cholesterol linked polymer, the aggregation of lipids was hindered in the mixtures containing low proportions of all polymers and facilitated when polymer content exceeded 5%. The cryo-electron microscopy and differential scanning calorimetric investigations revealed the temperature driven fusion of interdigitated lipid vesicles. All polymers induced defects in the interdigitated gel phase of lipids, resulting in the broadening or splitting of melting and crystallization transitions.