Мас-спектрометричне дослідження аскорбілпальмітату як агенту, що здатний формувати наносоми
Анотація
Актуальність. Вивчення властивостей і міжмолекулярних взаємодій біологічно активних речовин, які можуть бути використані для поліпшення трансмембранного транспорту лікарських сполук, є одним із актуальних завдань сучасної молекулярної біофізики. Аскорбілпальмітат (АП), як жиророзчинна форма вітаміну С, нещодавно привернув увагу дослідників як агент, перспективний для створення наносом, що здатні сприяти переміщенню через клітинну мембрану молекул «нерозчинних у жирах» лікарських сполук. Однак, АП та його супрамолекулярні комплекси досі не були охарактеризовані сучасними м’якоіонізаційними методами мас-спектрометрії.
Мета роботи. Мета даної роботи – охарактеризувати АП та його міжмолекулярні взаємодії за допомогою низки мас-спектрометричних методів: з іонізацією електрорoзпиленням (ІЕР), лазерною десорбцією/іонізацією (ЛДІ) та матрично-активованою лазерною десорбцією/іонізацією (MAЛДІ). Заплановано порівняння застосовності зазначених методик для вивчення міжмолекулярних взаємодій АП як агента, що сприяє доставці ліків.
Матеріали і методи. Спектри ІЕР одержано за допомогою квадрупольного мас-спектрометра Micromass Quattro. Експерименти ЛДІ та МАЛДІ виконувались за допомогою мас-спектрометра Autoflex II.
Результати. ІЕР експерименти в режимі позитивних іонів виявили наявність у мас-спектрах піків протонованих і катіонізованих молекул АП, а також кластерів АП типу nAП•H+ і nAП•Na+ (n=2÷4). Цей результат свідчить про утворення стабільних нековалентних комплексів молекул АП у полярних середовищах і підтверджує здатність АП формувати наноструктури для доставки ліків. Аналіз ЛДІ та МАЛДІ мас спектрів АП, зареєстрованих у режимах позитивних та негативних іонів, показав, що за присутності сигналів від молекулярних іонів АП, піки димерів чи більших кластерів АП відсутні.
Вивчення методом ІЕР модельної системи, що містила АП та дипальмітоїлфосфатидилхолін (ДПФХ), виявило утворення в розчині стабільного комплексу АП•ДПФХ•Н+, який моделює міжмолекулярні взаємодії АП з фосфоліпідними компонентами біомембран та/або ліпосом в умовах функціонування АП як агенту, який сприяє доставці ліків.
Висновки. Проведене дослідження демонструє застосовність усіх протестованих методів мас-спектрометрії для ідентифікації AП у розчинах та твердій фазі, тоді як для вивчення утворення міжмолекулярних нековалентних комплексів AП та взаємодій АП з біомолекулами найбільш ефективним методом є мас-спектрометрія з ІЕР.
Завантаження
Посилання
Ascorbyl palmitate [Internet]. [cited 2022 Dec 7]. Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/54680660
Karmee SK. Biocatalytic synthesis of ascorbyl esters and their biotechnological applications. Appl Microbiol Biotechnol. 2009;81(6):1013–22. https://doi.org/10.1007/s00253-008-1781-y
Gęgotek A, Skrzydlewska E. Antioxidative and anti-inflammatory activity of ascorbic acid. Antioxidants. 2022;11(10):1993. https://doi.org/10.3390/antiox11101993
Benedini L, Fanani ML, Maggio B, Wilke N, Messina P, Palma S, Schulz P. Surface phase behavior and domain topography of ascorbyl palmitate monolayers. Langmuir. 2011;27(17):10914–19. https://doi.org/10.1021/la201847j
Mottola M, Wilke N, Benedini L, Oliveira RG, Fanani ML. Ascorbyl palmitate interaction with phospholipid monolayers: electrostatic and rheological preponderancy. Biochim Biophys Acta. 2013;1828(11):2496–505. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2013.06.016
Junhua Li, Cuihua Chang, Jiali Zhai, Yanjun Yang, Haitao Yu. Ascorbyl palmitate effects on the stability of curcumin-loaded soybean phosphatidylcholine liposomes. Food Bioscience. 2021;41(8):100923. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.100923
Giudice F, Ambroggio EE, Mottola M, Fanani ML. The amphiphilic alkyl ester derivatives of l-ascorbic acid induce reorganization of phospholipid vesicles. Biochim Biophys Acta. 2016;1858(9):2132–9. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.06.015
Chen M, Li R, Lu X, Dai Y, Chen T, Xing Y, Xue L, Duan Z, Zhou W, Li J. Fabrication and characterization of l-ascorbyl palmitate and phospholipid-based hybrid liposomes and their impacts on the stability of loaded hydrophobic polyphenols. Food Chem. 2023;398:133953. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133953
Nocelli NE, Zulueta Díaz YLM, Millot M, Colazo ML, Vico RV, Fanani ML. Heliyon. Self-assembled nanostructures of L-ascorbic acid alkyl esters support monomeric amphotericin B. Heliyon. 2021;7(1):e06056. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06056
Moribe K, Maruyama S, Inoue Y, Suzuki T, Fukami T, Tomono K, Higashi K, Tozuka Y, Yamamoto K. Ascorbyl dipalmitate/PEG-lipid nanoparticles as a novel carrier for hydrophobic drugs. Int J Pharm. 2010;387(1 2):236–43. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2009.12.007
Gopinath D, Ravi D, Rao BR, Apte SS, Renuka D, Rambhau D. Ascorbyl palmitate vesicles (Aspasomes): formation, characterization and applications. Int J Pharm. 2004;271(1–2):95–113. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2003.10.032
Han S. Structure of ascorbyl palmitate bilayers (aspasomes) from molecular dynamics simulation. Bull Korean Chem Soc. 2018;39(7): 887–90. https://doi.org/10.1002/bkcs.11475
Ghosh S, Mukherjee B, Chaudhuri S, Roy T, Mukherjee A, Sengupta S. Methotrexate aspasomes against rheumatoid arthritis: optimized hydrogel loaded liposomal formulation with in vivo evaluation in wistar rats. AAPS PharmSciTech. 2018;19(3):1320–36. https://doi.org/10.1208/s12249-017-0939-2
Aboul-Einien MH, Kandil SM, Abdou EM, Diab HM, Zaki MSE. Ascorbic acid derivative-loaded modified aspasomes: formulation, in vitro, ex vivo and clinical evaluation for melasma treatment. J Liposome Res. 2020;30(1):54 67. https://doi.org/10.1080/08982104.2019.1585448
d'Avanzo N, Cristiano MC, Di Marzio L, Bruno MC, Paolino D, Celia C, Fresta M. Multidrug idebenone/naproxen co-loaded aspasomes for significant in vivo anti-inflammatory activity. ChemMedChem. 2022;17(9):e202200067. https://doi.org/10.1002/cmdc.202200067
Lamie C, Elmowafy E, Attia DA, Elmazar MM, Mortada ND. Diversifying the skin cancer-fighting worthwhile frontiers: How relevant are the itraconazole/ascorbyl palmitate nanovectors? Nanomedicine. 2022;43:102561. https://doi.org/10.1016/j.nano.2022.102561
Li L, Wang H, Ye J, Chen Y, Wang R, Jin D, Liu Y. Mechanism study on nanoparticle negative surface charge modification by ascorbyl palmitate and its improvement of tumor targeting ability. Molecules. 2022;27(14):4408. https://doi.org/10.3390/molecules27144408
Chen H, Yang X, Sun P, Zhi Y, Yao Q, Liu B. L-ascorbyl 6-palmitate as lead compound targeting SphK1: an in silico and in vitro investigation. J Chem Res. 2021;45(7–8):781–7. https://doi.org/10.1177/17475198211001819
Ledinski M, Marić I, Peharec Štefanić P, Ladan I, Caput Mihalić K, Jurkin T, Gotić M, Urlić I. Synthesis and in vitro characterization of ascorbyl palmitate-loaded solid lipid nanoparticles. Polymers (Basel). 2022 Apr 26;14(9):1751. https://doi.org/10.3390/polym14091751
Xiao L, Tsutsui T, Miwa N. The lipophilic vitamin C derivative, 6-o-palmitoylascorbate, protects human lymphocytes, preferentially over ascorbate, against X-ray-induced DNA damage, lipid peroxidation, and protein carbonylation. Mol Cell Biochem. 2014;394(1–2):247–59. https://doi.org/10.1007/s11010-014-2101-8
Elmore AR. Final report of the safety assessment of L-Ascorbic Acid, Calcium Ascorbate, Magnesium Ascorbate, Magnesium Ascorbyl Phosphate, Sodium Ascorbate, and Sodium Ascorbyl Phosphate as used in cosmetics. Int J Toxicol. 2005;24(Suppl 2):51–111. https://doi.org/10.1080/10915810590953851
Zhai J, Mantaj J, Vllasaliu D. Ascorbyl palmitate hydrogel for local, intestinal delivery of macromolecules. Pharmaceutics. 2018;10(4):188. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10040188
Paneva D, Manolova N, Argirova M, Rashkov I. Antibacterial electrospun poly(ɛ-caprolactone)/ascorbyl palmitate nanofibrous materials. Int J Pharm. 2011;416(1):346–55. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2011.06.032
Loo JA. Electrospray ionization mass spectrometry: a technology for studying non-covalent macromolecular complexes. Int J Mass Spectrom. 2000;200 (1–3):175–86. https://doi.org/10.1016/S1387-3806(00)00298-0
Wyttenbach Th, Bowers MT. Intermolecular interactions in biomolecular systems examined by mass spectrometry. Annl Rev Phys Chem. 2007;58:511–33. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.58.032806.104515
Hilton GR, Benesch JLP. Two decades of studying non-covalent biomolecular assemblies by means of electrospray ionization mass spectrometry. J R Soc Interface. 2012;9(70):801–16. http://doi.org/10.1098/rsif.2011.0823
van der Spoel D., Marklund EG., Larsson DSD, Caleman C. Proteins, lipids, and water in the gas phase. Macromol Biosci. 2011;11:50–5. https://doi.org/10.1002/mabi.201000291
Ceraulo L, Giorgi G, Turco Liveri V, Bongiorno D, Indelicato S, Di Gaudio F, Indelicato S. Mass spectrometry of surfactant aggregates. Eur J Mass Spectrom. 2011;17(6):525–41. https://doi.org/10.1255/ejms.11
Bongiorno D, Ceraulo L, Giorgi G, Indelicato S, Turco Livery V. Do electrospray mass spectra of surfactants mirror their aggregation state in solution? J Mass Spectrom. 2011;46(12): 1263–8. https://doi.org/10.1002/jms.2013
Sharon M, Ilag LL, Robinson CV. Evidence for micellar structure in the gas phase. J Am Chem Soc. 2007;129(28):8740–6. https://doi.org/10.1021/ja067820h
Nohara D, Kajiura T, Takeda K. Determination of micelle mass by electrospray ionization mass spectrometry. J Mass Spectrom. 2005;40(4):489–93. https://doi.org/10.1002/jms.818
Pascale R, Acquavia MA, Onzo A, Cataldi TRI, Calvano CD, Bianco, G. Analysis of surfactants by mass spectrometry: Coming to grips with their diversity. Mass Spectrom Rev. 2021; 1–32. https://doi.org/10.1002/mas.21735
Pashynska VA, Kosevich MV, Van den Heuvel H, Cuyckens F, Claeys M. Study of non-covalent complexes formation between the bisquaternary ammonium antimicrobial agent decamethoxinum and membrane phospholipids by elecrtospray ionization and collision-induced dissociation mass spectrometry. Biophys Bull. 2004;1-2(14):123–30.
Yadav MG, Kavadia MR, Vadgama RN, Odaneth AA, Lali AM. Production of 6-O-l-ascorbyl palmitate by immobilized Candida antarctica lipase B. Appl Biochem Biotechnol. 2018;184(2):1168–86. https://doi.org/10.1007/s12010-017-2610-5
L-Ascorbyl palmitate. Mass Spectrometry [Internet]. [cited 2022 Dec 7]. Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/6-O-Palmitoylascorbic-acid#section=Mass-Spectrometry&fullscreen=true
Cole R, editor. Electrospray and MALDI mass spectrometry: fundamentals, instrumentation, practicalities, and biological applications. 2nd edition. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.; 2010. 1008 p.
Guevremont R, Siu KWM., Le Blanc JCY, Berman SS. Are the electrospray mass spectra of proteins related to their aqueous solution chemistry? J Am Soc Mass Spectrom. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 1992;3(3):216–24. https://doi.org/10.1016/1044-0305(92)87005-J
Leopold J, Prabutzki P, Engel KM, Schiller J. A five-year update on matrix compounds for MALDI-MS analysis of lipids. Biomolecules. 2023;13(3):546. https://doi.org/10.3390/biom13030546
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
