Structural characaterization of aqueous dispersions of cationic lipid vesicles whit oligonucleotides

No presente trabalho foi investigado o efeito do oligonucleotídeo-modelo 5-AAAAAAAAAA-3(ODN) sobre a estabilidade e estrutura de vesículas catiônicas de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB), extrusadas através filtros de 100 nm, em dispersão aquosa, com as técnicas de espalhamento de luz dinâmico (DLS), medidas de potencial de superfície (potencial zeta), calorimetria diferencial de varredura (DSC), espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS), espectroscopias de absorção óptica e de fluorescência do estado estacionário da sonda Laurdan incorporada a vesículas de DODAB-ODN. Este fluoróforo monitora a polaridade e estrutura da superfície da membrana de DODAB. Variando a concentração de ODN, três diferentes regimes foram observados. Para baixas concentrações de ODN, ([ODN]/[DODAB]) 0.025 mM, a dispersão é estável, límpida, apesar do diâmetro médio das vesículas aumentar, um aumento de turbidez ser observado por medidas de Absorbância, e o SAXS já acusar a presença de algumas poucas multilamelas. As vesículas mistas apresentam potencial de superfície positivo, semelhante ao potencial medido para vesículas de puro DODAB. A calorimetria mostra a coexistência de regiões da bicamada de puro DODAB, e regiões mistas, com DODAB-ODN, sendo estas últimas mais estáveis, apresentando maior temperatura de transição gel-fluido. A forma e posição da banda de fluorescência do Laurdan incorporado às vesículas não são alteradas pela presença do oligonucleotídeo, indicando pouca variação na polaridade e estrutura da superfície da membrana mista monitorada pela sonda. Um segundo regime é observado para ([ODN]/[DODAB]) 0.05 mM, onde não é mais observado por calorimetria a presença significativa de domínios de puro DODAB, e a dispersão mostra-se instável, turva, com agregação/fusão das vesículas. Finalmente, o terceiro regime, para altas concentrações de ODN, ([ODN]/[DODAB]) 0.075 mM, onde é observado um potencial de superfície negativo, portanto, com predominância da carga do oligonucleotídeo, e a dispersão volta a ser estável, apresentando baixa turbidez. Neste regime, a calorimetria indica uma grande estabilidade da fase gel, medidas de SAXS mostram a formação de estruturas multilamelares, porém DLS indica a presença de vesículas pequenas, com dimensões às observadas para DODAB puro. Neste regime, a sonda Laurdan monitora variações na superfície da membrana, possivelmente indicando a diminuição da quantidade de moléculas de água na superfície e/ou um enrijecimento da bicamada. Os estudos aqui apresentados fazem parte de um amplo esforço para entender as características estruturais de agregados lipídio-material genético, com o objetivo de seu uso futuro em terapias gênicas.In the present work the effect of 5\'-AAAAAAAAAA-3 \'oligonucleotide model (ODN) was investigated on the stability and structure of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) cationic vesicles, extruded through 100 nm filters in aqueous dispersion, with dynamic scattering techniques (DLS), surface potential measurements (zeta potential), differential scanning calorimetry (DSC), small angle X-ray scattering (SAXS), optical absorption spectrometry and stationary-state fluorescence spectroscopy of Laurdan incorporated into DODAB-ODN vesicles. This fluorophore monitors the polarity and surface structure of the DODAB membrane. Varying the ODN concentration, three different behaviors were observed. For low concentrations of ODN, ([ODN] / [DODAB]) 0.025 mM, the dispersion is stable, clear, although the mean diameter of the vesicles increases, an increase in turbidity is observed by Absorbance measurements, and SAXS already shows the presence of a few multilamellar structure. The mixed vesicles present positive surface potential, similar to the potential measured for pure DODAB vesicles. Calorimetry shows the coexistence of regions of the pure DODAB bilayer, and mixed regions, with DODAB-ODN, the latter being more stable, presenting a higher gel-fluid transition temperature. The shape and position of the Laurdan fluorescence band incorporated into the vesicles are not altered by the presence of the oligonucleotide, indicating minor variation in the polarity and surface structure of the mixed membrane monitored by the probe. A second behavior is observed for ([ODN] / [DODAB]) 0.05 mM, where the presence of pure DODAB domains is no longer detected by calorimetry, and the dispersion is unstable, cloudy, displaying vesicle aggregation/fusion. Finally, the third behavior is detected at high concentrations of ODN, ([ODN] / [DODAB]) 0.075 mM, where a negative surface potential is observed, therefore, with predominance of the charge of the oligonucleotide, and the dispersion is stable, exibiting low turbidity. In this regime, the calorimetry indicates a great stability of the gel phase, SAXS measurements show the formation of multilamellar structures, however DLS indicates the presence of small vesicles, with dimensions to those observed for pure DODAB. In this region, the Laurdan probe monitors variations at the surface of the membrane, possibly indicating the decrease in the amount of water molecules on the surface and/or a stiffening of the bilayer. The studies presented here are part of a broad effort to understand the structural characteristics of \"lipid-genetic material\", aggregates, with the aim of their future use in gene therapies