Введение к работе
Актуальность темы. Системы содержащие ДНК, многозарядные катионы и фосфолипиды имеют важное биологическое и биотехнологическое значение. В клеточных ядрах эукариотик наблюдаются сложные взаимодействия между ДНК, катионными белками и липидами, самоассоциирущимися друг с другом с образованием сложных структур. Эта самоорганизация все еще далека от детального понимания, в частности это касается и взаимодействия с липидами. Кроме того, выявление закономерностей взаимодействия цвиттерионных липидов и ДНК помогло бы усовершенствовать физико-химическую основу создания липоплексов для невиральной генной терапии. Липоплексы представляют собой невиральные векторы доставки генной информации в клетку, они содержат специальным образом упакованную и защищенную ДНК в капсуле липидной мембраны.
Интерес со стороны физиков, химиков и биологов к системам ПАВ-ДНК обусловлен еще и тем, что небольшая пертурбация состава системы, незначительное изменение температуры, давления или концентрации может оказаться достаточной, чтобы вызвать существенные структурные изменения. Современный уровень развития методов анализа, прежде всего спектроскопии, позволяет получать количественные данные о таких свойствах, как подвижность молекулярных ансамблей, упаковка ДНК, ее транспортировка через мембрану, самоассоциация в вирусах и т.д.
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы являлось установление морфологии систем на основе лецитина и комплексов катионное ПАВ-ДНК и полиамин-ДНК, выявление механизма самоорганизации и закономерностей ДНК-липидных взаимодействий в этих системах, а также оптимизация рецептуры получения микродисперсий на основе лецитина и комплекса катионное ПАВ-ДНК.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1) Синтез 1:1 (стехиометрическое отношение зарядов) комплексов ДНК с
катионными ПАВ и полиаминами.
2) Установление изобарно-изотермических фазовых диаграмм и структуры фаз
трехкомпонентных систем комплекс ДНК-лецитин-вода.
-
Оценка влияния различных факторов (строения молекулы противоиона, соотношения между компонентами, молекулярной массы ДНК) на взаимодействие лецитина с комплексом ДНК.
-
Получение агрегативно-устойчивой ДНК-липидной дисперсии, пригодной для использования при in vivo исследованиях.
Научная новизна и практическая значимость работы заключается в обнаружении новых закономерностей, имеющих важное значение, как для теоретических положений о фазовых переходах и процессах самоассоциации в ДНК-липидных системах, так и для практических способов их использования.
Впервые экспериментально получены фазовые диаграммы лиотропных систем дидодецилдиметиламмонийный комплекс ДНК (ДДА-ДНК)-лецитин-вода, сперминовый комплекс ДНК (Спм-ДНК)-лецитин-вода и спермидиновый комплекс ДНК (Спд-ДНК)-лецитин-вода; на основании анализа микроструктуры и физико-химических свойств фаз установлен механизм влияния структуры противоиона ДНК на морфологию систем.
Оптимизирован способ диспергирования амфифильных комплексов ДНК. Впервые предложено использование этанольного раствора комплекса катионное ПАВ-ДНК в качестве «инжекторного» и раствора цвиттерионного фосфолипида в качестве «стабилизирующего» для получения липоплекса методом «solvent shifting»; подобраны составы растворов.
Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». Исследование систем, включающих комплексы ДНК, проводилось автором в лаборатории кафедры Физическая химия университета г. Лунда (Швеция) под руководством профессора Ульфа Олссона в соавторстве с профессором Бъёрном Линдманом.
В университете города Лунд состоялось три стажировки, первая
стажировка проходила весной 2011 года и финансировалась из средств гранта
профессора Ульфа Олссона, вторая стажировка была оплачена из личных средств, а третья была осуществлена при поддержке системы грантов РТ «Алгарыш».
Личное участие автора заключается в определяющем вкладе проведенных им (лично или при непосредственном участии) исследований всеми использованными в работе методами. Автору принадлежит решающая роль в обобщении и интерпретации представленных результатов.
Автор выражает свою искреннюю признательность всем коллегам, внесшим тот или иной вклад в реализацию настоящей работы, и глубочайше благодарен своим учителям и соавторам: А.В.Билалову, У.Олссону и Б.Линдману.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, проходившей в Москве в июле 2013 года, на Всероссийской молодежной конференции «Химия поверхности и нанотехнология», проходившей в Казани в октябре 2012 года, а также на научных сессиях КНИТУ в 2012 и 2013 годах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и 2 тезиса по докладам на конференциях всероссийского и международного уровня.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 134 страницах, содержит 51 рисунок, 1 таблицу. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, библиографии, включающей 110 ссылок
