ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №8
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.11  

УДК: 577.352.26

 

Моделирование процесса порообразования

при электрическом пробое бислойных липидных мембран

 

А.Д. Старостин 1, Л.А. Миткевич 1, В.С. Агентова 1, А.Г. Упатова 1,
И.М. Шогенов 1, А.А. Аносов 1, 2

 

1 Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

119991, Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2

2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

125009 Москва, ул. Моховая, 11/7

 

Статья поступила в редакцию 8 июня 2023 г.

 

Аннотация. Адресная доставка лекарств – одно из важнейших направлений в фармакологии. Лекарственный препарат можно поместить в липосомальную оболочку и разрушить ее в определенном месте организма с помощью электропорации. Во многих экспериментах по изучению электропорации в качестве модели для воздействия электрического поля используется бислойная липидная мембрана БЛМ (черная пленка). Характерный размер пор при электропорации составляет несколько нанометров, что соответствует толщине мембраны.  Эти поры можно визуализировать с помощью криоэлектронной микроскопии или атомно-силовой микроскопии. Однако этими методами нельзя наблюдать динамику пор: изменение их количества в мембране и изменения их размера с течением времени. Мы предлагаем использовать цветную пленку толщиной 100-500 нм, пока она не превратилась в черную пленку БЛМ, в качестве модели БЛМ. В цветной пленке были зарегистрированы метастабильные поры-дефекты размером около 6 мкм, за которыми наблюдали с помощью светового микроскопа (видео прилагается, дефекты-поры появляются в самом конце записи). Были рассмотрены временные характеристики зарегистрированных пор-дефектов: время жизни пор до разрыва мембраны, скорость увеличения числа пор в мембране. Полученные результаты показывают, что толстая цветная пленка может быть использована как модель БЛМ для изучения процесса возникновения пор при электропорации.

Ключевые слова: мембрана, пора, электропорация, мембранный ток, интерференция света.

Финансирование: Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда No 23-12-00125, https://rscf.ru/project/23-12-00125/

Автор для переписки: Аносов Андрей Анатольевич, anosov_a_a@staff.sechenov.ru

 

Литература

1. Weaver J.C., Chizmadzhev Y.A. Theory of electroporation: a review. Bioelectrochemistry and bioenergetics. 1996. V.41. №2. P.135-160. https://doi.org/10.1016/S0302-4598(96)05062-3

2. Alvarez-Erviti L., Seow Y., Yin H., Betts C., Lakhal S., Wood M. J. Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes. Nature Biotechnology. 2011. №29. P.341-345. https://doi.org/10.1038/nbt.1807

3. Wilhelm C., Winterhalter M., Zimmermann U., Benz R. Kinetics of pore size during irreversible electrical breakdown of lipid bilayer membranes. Biophysical Journal. 1993. №64. P.121-128. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(93)81346-8

4. Barnett A., Weaver J. C. Electroporation: a unified, quantitative theory of reversible electrical breakdown and mechanical rupture in artificial planar bilayer membranes. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 1991. V.320. №2. P.163-182. https://doi.org/10.1016/0022-0728(91)85625-Y

5. Крауфорд Ф.С. Том 3. Волны. Москва, Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука». 1974. 527 с.

6. Chang D.C., Reese T.S. Changes in membrane structure induced by electroporation as revealed by rapid-freezing electron microscopy. Biophysical Journal. 1990. V.58. №1. P.1-12. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(90)82348-1

7. Jeuken L.J. AFM study on the electric-field effects on supported bilayer lipid membranes. Biophysical Journal. 2008. V.94. №12. P.4711-4717. https://doi.org/10.1529/biophysj.107.122887

8. Awasthi N., Kopec W., Wilkosz N. et al. Molecular Mechanism of Polycation-Induced Pore Formation in Biomembranes. ACS Biomater. Sci. Eng. 2019. V.5. №2. P.780-794. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.8b01495

9. Glaser R.W., Leikin S.L., Chernomordik L.V., Pastushenko V.F., Sokirko A.V. Reversible electrical breakdown of lipid bilayers: formation and evolution of pores. Biochimica et Biophysica Acta (BBA). 1988. V.940 №2. P.275-287. https://doi.org/10.1016/0005-2736(88)90202-7

10. Freeman S.A., Wang M.A., Weaver J.C. Theory of electroporation of planar bilayer membranes: predictions of the aqueous area, change in capacitance, and pore-pore separation. Biophysical Journal. 1994. V.67. №1. P.42-56. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(94)80453-9

 

Для цитирования:

Старостин А.Д., Миткевич Л.А., Агентова В.С. Упатова А.Г., Шогенов И.М., Аносов А.А. Моделирование процесса порообразования при электрическом пробое бислойных липидных мембран // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.11