Принципы дифференциального центрифугирования сложных смесей липидов в градиенте полярности

Фосфолипиды являются одним из важнейших классов природных регуляторов физиологических процессов, в связи с чем поиск способов их аналитического и препаративного разделения представляет значительный интерес. Целью данного исследования являлась разработка принципов дифференциального центрифугирования сложных смесей липидов на примере фосфолипидов. В работе были использованы расчетные методы оценки параметров растворимости Хансена для фосфолипидов, а также инструментальные методы исследования, в том числе: тензометрия (измерение плотности), динамическое лазерное светорассеяние (оценка размера частиц), ИК-спектроскопия с преобразованиями Фурье. Данные методы были применены к образцам фосфолипидов, выделенных из головного мозга телят. Охарактеризовано сродство изучаемых фосфолипидов к отдельным слоям растворителей. В результате проведенных работ была предложена математическая модель процесса дифференциального центрифугирования сложных смесей фосфолипидов в градиенте полярности растворителя на основе уравнений Нэрнста – Бруннэра и основного уравнения центрифугирования. Установлены оптимальные параметры процесса центрифугирования (1500 об./мин в течение 15 мин при температуре 2–4 °С). В результате анализа ИК-спектров были выявлены существенные отличия между веществами на каждом слое растворителя, обусловленные разделением классов фосфолипидов между слоями растворителей. Отмечено, что для повышения эффективности разделения сложных смесей фосфолипидов необходим дальнейший поиск новых комбинаций растворителей, способствующих более специфичному разделению смеси. Также актуальными для дальнейших исследований являются модификация объема слоев растворителей и определение его соотношения с объемом введенной суспензии. Учитывая аппаратурную простоту и низкую стоимость разработанного метода, его можно легко масштабировать на промышленные условия получения биологически активных веществ для включения их в состав пищевых продуктов.

фосфолипиды, дифференциальное центрифугирование, градиент полярности, параметры Хансена

1. Orešič M., Hänninen V. A., Vidal-Puig A. Lipidomics: a new window to biomedical frontiers // Trends in biotechnology. 2008. Vol. 26. Issue 12. P. 647–652. DOI: 10.1016/j.tibtech.2008.09.001

2. Pietiläinen K.H., Róg T., Seppänen-Laakso T., Virtue S., Gopalacharyulu P., Tang J., RodriguezCuenca S., Maciejewski A., Naukkarinen J., Ruskeepää A.L., Niemelä P.S., Yetukuri L., Tan C.Y., Velagapudi V., Castillo S., Nygren H., Hyötyläinen T., Rissanen A., Kaprio J., Yki-Järvinen H., Vattulainen I., Vidal-Puig A., Orešič M. Association of lipidome remodeling in the adipocyte membrane with acquired obesity in humans // PLoS biology. 2011. Vol. 9. No. 6. P. e1000623. DOI: 10.1371/journal.pbio.1000623

3. Kaddurah-Daouk R., McEvoy J., Baillie R.A., Lee D., Yao J.K., Doraiswamy P.M., Krishnan K.R.R. Metabolomic mapping of atypical antipsychotic effects in schizophrenia // Molecular psychiatry. 2007. Vol. 12. No. 10. P. 934–945.

4. Han X., Holtzman D.M., McKeel Jr D.W. Plasmalogen deficiency in early Alzheimer's disease subjects and in animal models: molecular characterization using electrospray ionization mass spectrometry // Journal of neurochemistry. 2001. Vol. 77. No. 4. P. 1168–1180. DOI: 10.1046/j.1471-4159.2001.00332.x

5. Haughey N.J., Steiner J., Nath A., McArthur, Sacktor N., Pardo C., Bandaru V.V.R. Converging roles for sphingolipids and cell stress in the progression of neurological dysfunction in AIDS // Frontiers in bioscience: a journal and virtual library. 2008. Vol. 13. P. 5120–5130.

6. Angelini R., Vitale R., Patil V.A., Cocco T., Ludwig B., Greenberg M.L., Corcelli A. Lipidomics of intact mitochondria by MALDI-TOF/MS // Journal of lipid research. 2012. Vol. 53. No. 7. P. 1417–1425.

7. Акмурзина В.А., Селищева А.А., Швец В.И. От анализа липидов к липидомике // Тонкие химические технологии. 2012. T. 7. N 6. C. 3–21.

8. Wang T., Zhou D. Advances in phospholipid quantification methods // Current Opinion in Food Science.2017. Vol. 16. P. 15–20. DOI: 10.1016/j.cofs.2017.06.007

9. Brasaemle D.L., Wolins N.E. Isolation of lipid droplets from cells by density gradient centrifugation // Current protocols in cell biology. 2016. Vol. 72. No. 1. P. 3–15. DOI: 10.1002/cpcb.10

10. Hara A., Radin N.S. Lipid extraction of tissues with a low-toxicity solvent // Analytical Biochemistry. 1978. Vol. 90. No. 1. P. 420–426. DOI: 10.1016/0003-2697(78)90046-5

11. Stetefeld J., McKenna S.A., Patel T.R. Dynamic light scattering: a practical guide and applications in biomedical sciences // Biophysical Reviews. 2016. Vol. 8. P. 409–427. DOI: 10.1007/s12551-016-0218-6

12. Siepmann J., Siepmann F. Mathematical modeling of drug dissolution // International journal of pharmaceutics. 2013. Vol. 453. No. 1. P. 12–24.

13. Seager R.J., Acevedo A.J., Spill F., Zaman M.H. Solid dissolution in a fluid solvent is characterized by the interplay of surface area-dependent diffusion and physical fragmentation // Scientific reports. 2018. Vol. 8. No. 1. P. 7711.

14. Boger E., Wigström O. A Partial Differential Equation Approach to Inhalation Physiologically Based Pharmacokinetic Modeling // CPT: Pharmacometrics Systems Pharmacology. 2018. Vol. 7. No. 10. P. 638–646. DOI:10.1002/psp4.12344

15. Livshits M.A., Khomyakova E., Evtushenko E.G., Lazarev V.N., Kulemin N.A., Semina S.E., Generozov E.V., Govorun V.M. Isolation of exosomes by differential centrifugation: Theoretical analysis of a commonly used protocol // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. P. 17319. DOI: 10.1038/srep17319

16. Van Krevelen D.W., Te Nijenhuis K. Properties of polymers: their correlation with chemical structure; their numerical estimation and prediction from additive group contributions. Elsevier, 2009. 1004 p.

17. Hansen C.M. Hansen solubility parameters: a user´s handbook. 2nd ed. CRC Press, 2007. 544 p.

18. Verheyen S., Augustijns P., Kinget R., Van den Mooter G. Determination of partial solubility parameters of five benzodiazepines in individual solvents // International journal of pharmaceutics. 2001. Vol. 228. No. 1-2. P. 199–207.

19. Folch J., Lees M., Sloane Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues // J Biol Chem. 1957. Vol. 226. No 1. P. 497–509.

20. Dreissig I., Machill S., Salzer R., Krafft C. Quantification of brain lipids by FTIR spectroscopy and partial least squares regression // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2009. Vol. 71. No. 5. P. 2069–2075. DOI: 10.1016/j.saa.2008.08.008