Caracterització de membranes artificials. Mesura de la seva aptitud per a estimar propietats biològiques.

Abstract

Existeixen molts fàrmacs amb un gran potencial en estudis in vitro que no resulten efectius en última instància degut a una pobre absorció o a una insuficiente distribució en el cos humà. Per aquest motiu és necessari tenir mètodes que puguin predir la interacció de fàrmacs amb les membranes cel·lulars a les primeres etapes de desenvolupament del compost, per estalviar temps i diners.<br/><br/>Durant el transcurs de la meva tesi vaig estudiar tres tipus de membranes artificials que intentaven imitar l'estructura de les membranes cel·lulars i modelar diferents paràmetres biològics.<br/><br/>La primera d'elles era una fase estacionària de cromatografia de líquids anomenada IAM, basada en cadenes de fosfatidilcolina enllaçades a la sílice. Vaig caracteritzar l'acidesa de la seva sílice (és a dir, la presència de silanols lliures), i les propietats de la columna mitjançant diversos models cromatogràfics (LSER, LSER global i model del paràmetre de polaritat). A més, també vaig caracteritzar tota una sèrie de columnes comercials C18 per comparar els resultats amb la columna IAM. Per últim, vaig establir un mètode de predicció de la retenció cromatogràfica de nous compostos a partir del model del paràmetre de polaritat.<br/><br/>Un cop caracteritzats els sistemes cromatogràfics vaig buscar similituds amb sistemes biològics mitjançant un paràmetre de distància anomenat "d" que va ser proposat pel nostre grup d'investigació. A continuació vaig comprovar com els sistemes que havíem considerat similars segons el paràmetre de distància presentaven bones correlacions, mentre que aquells que no podien ser considerats semblants per tenir una "d" massa gran presentaven correlacions molt pobres. No només la columna IAM va presentar similituds amb sistemes biològics, sinó també altres columnes C18, com la XTerra RP18 i la XTerra MSC18.<br/><br/>La segona membrana artificial estudiada era una membrana líquida d'hexadecà impregnada en un filtre, que separava dos compartiments aquosos. Aquesta tècnica, coneguda com a PAMPA, permet obtenir la permeabilitat passiva dels compostos i predir la seva absorció oral. El meu estudi va consistir en modificar aquesta tècnica afegint albúmina humana al compartiment donador, on estava el fàrmac, de manera que si la proteïna interaccionava fortament amb el composta quedava poca fracció lliure de fàrmac, i per tant, es reduïa bruscament la seva permeabilitat a través de la membrana. La diferència de permeabilitat en presència i absència de proteïna ens permetia calcular la constant de dissociació proteïna-fàrmac, un paràmetre de gran interès a la indústria farmacèutica.<br/><br/>La última membrana estudiada va ser un liposoma, en concret de fosfatidilcolina, el mateix constituent de les membranes cel·lulars i de la columna IAM. Vaig estudiar la interacció d'aquests liposomes amb una sèrie de flavonoides presents en aliments com el raïm i beneficiosos per la salut humana degut a les seves propietats antioxidants. Per avaluar aquesta interacció vaig realitzar estudis calorimètrics amb una tècnica anomenada calorimetria d'escaneig diferencial. Quan els liposomes són sotmesos a uns cicles de temperatura d'escalfament/refredament presenten una transició de fase a una temperatura determinada, entre fase gel i fase cristall-líquid. Si es produeix interacció entre un determinat compost i el liposoma, els paràmetres d'aquest pic de transició canvien. Els liposomes, com a model de membrana, eren capaços de donar informació de la interacció produïda: si era més aviat hidrofòbica o polar, si el compost s'introduïa més o menys dins la membrana, etc.

In early drug discovery, artificial membrane models are very important in compound optimization, since some drugs that are potent in vitro assays fail to retain activity in vivo assays. <br/>During my doctoral thesis, I have studied three different artificial membranes, which intended to simulate the structure of cell membranes and to model biologic parameters.<br/>First of them was a stationary phase for HPLC, an IAM column, based on phosphatidylcholine chains bonded to the silica. I have characterized its silica acidity and their properties by means of several chromatographic models (LSER, global LSER and polarity parameter model). I also characterized several commercial C18 columns in order to compare the results with those of IAM column. Finally, one prediction of retention model was established. <br/>One distance parameter "d" was proposed in our group to find similarities between chromatographic and biological systems, by comparing their LSER coefficients. I calculated several "d" distances between different systems, and after that, I corroborated that good correlations could be obtained when distance was smaller than 0.25, while poor correlations were obtained when distance was larger than 0.25. Finally, I concluded that not only IAM column was able to model biological parameters, but also other C18 columns, such as XTerra columns.<br/>The second membrane was a liquid membrane of hexadecane coated on a filter, which separates two water compartments (PAMPA assay). This technique is commonly used to determine drug passive permeability and oral absorption. When I added human serum albumin to the donor compartment, this permeability changed, depending on protein binding. The difference on permeability in presence and absence of protein allows calculating the dissociation constant drug-protein (very important parameter for pharmaceutical industry).<br/>The last membrane model was a liposome. The interaction between phosphatidylcholine liposomes and flavonoids (natural compounds widely appreciated for their putative health-promoting effects) was studied with the differential scanning calorimetric technique. Liposomes show a main phase transition at one specific temperature and the parameters of this transition change if there is some interaction between liposomes and some compound. Important information can be obtained: strength of interaction, kind of interaction (polar or hydrophobic), etc.