Estudos físico-químicos e estruturais de lipossomas compósitos de fosfatidilcolina e quitosana

Abstract

Lipossomas são vesículas coloidais onde uma membrana formada por uma ou mais bicamadas fosfolipídicas encapsula um núcleo aquoso. Através do método da evaporação em fase reversa foram produzidos lipossomas nanométricos modificados com a incorporação de quitosana, um polissacarídeo com características vantajosas para o sistema compósito resultante. Lipossomas micrométricos compósitos também foram produzidos através de uma modificação no método da eletroformação de vesículas gigantes a partir de uma emulsão precursora. Os estudos físico-químicos e estruturais desenvolvidos identificaram uma série de alterações no sistema vesicular geradas pela presença da quitosana sob diferentes condições energéticas e de métodos de padronização estrutural. Lipossomas nanométricos compósitos apresentaram tamanhos, número de bicamadas, distâncias de repetição de bicamadas, coeficiente de difusão em suspensão aquosa, interação com o meio aquoso e volume aquoso encapsulado que variaram com a presença e concentração do polímero e com a utilização ou não de filtração e ultrasonicação na sua preparação. As modificações foram avaliadas considerando aspectos energéticos e de organização molecular. Com um significativo aumento de temperatura foram obtidas variações estruturais atenuadas nas vesículas compósitas em comparação com vesículas isentas de quitosana. Desta forma foi idendificada uma estabilidade física maior como resultado da dissipação de energia térmica devido à presença do polímero. O potencial superficial e o diferenciado coeficiente de difusão em suspensão aquosa mostraram a incorporação efetiva da quitosana nas estruturas. As alterações de mobilidade do grupo fosfato indicaram interações eletrostáticas entre o polímero e os fosfolipídios. A modificação do método da eletroformação mostrou a viabilidade de incorporação da quitosana na produção de vesículas micrométricas. A localização do polímero nas vesículas resultantes foi identificada na membrana das estruturas e o mesmo mostrou estabilidade de incorporação. Assim, pôde ser procedida a determinação quantitativa de polímero por unidade de superfície da membrana fosfolipídica das vesículas compósitas que correspondeu a 0,2 mg de quitosana por metro quadrado de área de superfície, considerando os dois lados da membrana fosfolipídica.

Liposomes are colloidal vesicles where a membrane formed by one or more phospholipid bilayers encapsulates an aqueous core. Using the reverse phase evaporation method, modified nanometric liposomes were produced with the incorporation of chitosan, a polysaccharide with profitable characteristics for the resulting composite system. Micrometric composite liposomes were also produced by a modification on the electroformation method used to prepare giant vesicles through the application of a precursor emulsion. Structural and physico-chemical studies identified a series of alterations in the vesicular system generated by the presence of chitosan under different energetic conditions and methods of structure standardization. Nanometric composite liposomes featured sizes, number of bilayers, repeat distances of bilayers, diffusion coefficient in aqueous suspension, interactions with the aqueous media and encapsulated aqueous volume which varied with the presence and concentration of the polymer and with the application or not of filtration and sonication on the preparation method. The modifications were evaluated considering properties of energy and organization at the molecular level. Under a considerable increase of temperature, attenuated structural variations were obtained in the composite vesicles in comparison with the vesicles free of chitosan. In this way, a higher physical stability was identified as a result of thermal energy dissipation due to the presence of the polymer. The superficial potential and the distinguished diffusion coefficient in aqueous suspension showed the effective incorporation of chitosan in the structures. The alteration of the mobility of the phosphate group indicated electrostatic interactions between the polymer and the phospholipids. The modification of the electroformation method showed the practicable of chitosan incorporation in the production of micrometric vesicles. The localization of the polymer in the resulting vesicles was identified on the membrane of the structures, which showed stability of incorporation. Besides, it was possible to determine the quantity of polymer per unit of phospholipidic membrane surface of the composite vesicles corresponding to 0.2 mg of chitosan per square meter of phospholipids, considering the two sides of the membrane.

Les liposomes sont des objets du monde colloïdal, composés d’une membrane comportant une ou plusieurs bicouches de phospholipides qui encapsule un noyau aqueux. Grâce à la méthodologie de l’évaporation en phase inverse, des liposomes nanométriques modifiés par l’incorporation de chitosane ont été fabriqués. Ce polysaccharide confère des propriétés intéressantes au système composite résultant. Des liposomes composites micrométriques ont également été produits, par une modification de la méthodologie d’électroformation de vésicules géantes, à partir d’une émulsion inverse comme précurseur. Les études physico-chimiques et structurales que nous avons réalisées ont permis d’identifier de nombreuses altérations dans le système vésiculaire, comme conséquence de la présence du chitosane, mais aussi sur des différentes conditions de transfert d’énergie et d’homogénéisation structurale. Nous avons caractérisé la variation i) de la taille, ii) du nombre de bicouches, iii) de la distance moyenne entre bicouches, iv) du coefficient de diffusion en suspension, v) de l’interaction avec le milieu aqueux et vi) du volume aqueux encapsulé, des liposomes nanométriques composites en fonction des paramètres de préparation suivants : concentration en polymère, utilisation éventuelle de filtration et d’ultrasons. Les modifications observées ont été interprétées en considérant les caractéristiques d’énergie et d’organisation moléculaire. Nous avons démontré que lors d’une considérable augmentation de température, les importantes variations structurales observées pour les vésicules sans chitosane sont très atténuées dans le cas des vésicules composites. Ainsi, une plus grande stabilité physique a été attribuée aux vésicules composites, comme résultat de la dissipation d’énergie thermique par le polymère incorporé. Les études du potentiel de surface, et du coefficient de diffusion différencié en suspension aqueuse, montrent l’efficacité de l’incorporation du chitosane dans les liposomes. La mesure de l’altération de mobilité du groupe phosphate indique l’existence d’interactions électrostatiques entre le polymère et les phospholipides. Nous avons ainsi prouvé la viabilité de l’incorporation de chitosane dans des vésicules micrométriques au moyen d’une méthode d’électroformation modifiée. Nous avons pu localiser le polymère sur la membrane de ces structures, et nous avons montré leur grande stabilité temporelle. Nous avons enfin déterminé de façon quantitative la densité de surface de polymère sur les membranes de phospholipide dans ces vésicules composites.