Estudo de vesículas unilamelares gigantes por meio de microscopia óptica de fluorescência e confocal

Abstract

A presente tese trata do estudo de vesículas lipídicas utilizando-se principalmente as técnicas de microscopia óptica de fluorescência e confocal. Vesículas unilamelares gigantes (GUVs) são modelos de membranas biológicas de suma importância na pesquisa científica por apresentarem tamanhos similares aos de células biológicas, permitindo a direta visualização das delas por meio de microscopia óptica e, assim, contribuindo para estudos de propriedades de membranas e mecanismo de interação com moléculas biológicas de interesse. O primeiro estudo desta tese refere-se ao mecanismo de fusão de GUVs, durante o crescimento pelo método de eletroformação, foi investigado através da técnica de microscopia óptica e confocal. Observações mostraram que as vesículas pequenas crescem em tamanho por meio de fusão com outras vesículas, aumentando de tamanho para formar as GUVs. Os resultados obtidos indicaram que a fusão ocorre entre vesículas que estão no mesmo substrato lipídico, não ocorrendo com vesículas já formadas em solução. Em seguida, verificou-se a resposta de GUVs constituídas por diferentes composições lipídicas em relação ao campo elétrico externo aplicado (AC), por meio de microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o campo elétrico (2 V e 60 Hz, por 2h) modifique alguns domínios em GUVs compostas de 25% de DOPC e 75% de SM. Além disso, observações de microscopia indicaram que GUVs constituídas de DOPC, DMPC e DLPC respondem de diferentes formas ao campo elétrico aplicado, bem como à diferença de pressão osmótica externa e interna das vesículas. As GUVs de DLPC apresentaram a maior deformação de membrana quando aplicada uma variação de tensão de 1 a 20 V. Em resposta a um meio externo mais concentrado em glicose formaram-se longos filamentos externos às GUVs que podem ser retraídos com a aplicação de um campo elétrico de 10 V e 20 Hz. Por fim, investigou-se a interação de GUVs compostas por lipídios majoritariamente encontrados nas plaquetas humanas com a urease de Jack bean (JBU), utilizando-se microscopia óptica de fluorescência. Os resultados obtidos sugerem que o efeito da JBU na membrana seja dependente da concentração, sendo capaz de se inserir na membrana das GUVs nas concentrações de 0,01 e 0,1 μM.

Herein, we report the study of lipid vesicles using fluorescence and confocal microscopy. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are models of biological membranes, which are important in scientific research due to their similar size with biological cell, allowing direct visualization in optical microscopy. Thus, the use of GUVs contributes to studies of the properties of membranes and mechanism of interaction with biological molecules of interest. Firstly, the mechanism of GUVs fusion during growth by electroformation method was investigated by confocal microscopy. Observations have shown that small vesicles grow in size by fusing with neighboring vesicles, increasing in size to form GUVs. The results indicated that fusion between vesicles that are in the same lipid substrate is by far the predominant mechanism at play during giant vesicle electroformation. Further, we studied the response of GUVs composed of different lipid in relation to the external applied electric field (AC), by optical fluorescence microscopy. The results suggest that the electric field (2 V and 60 Hz, 2h) modify some domains in GUVs composed of 25% DOPC and 75% SM. In addition, microscopic observations indicated that GUVs of DOPC, DMPC, and DLPC respond differently to electric field applied and the difference in osmotic pressure outside and inside of the vesicles. The GUVs of DLPC showed the highest deformation of the membrane when applied to a range of 1 to 20 V. In response to an external environment more concentrated glucose were formed long filaments outside the GUVs that can be retracted by applying an electric field of 10 V and 20 Hz. Finally, we investigated the interaction of GUVs mainly composed of lipids found in human platelets with Jack Bean urease (JBU), using optical fluorescence microscopy. The results suggest that the effect of JBU on the membrane is concentration dependent, being able to insert itself in the membrane of GUVs at concentrations of 0.01 and 0.1 μM.