velikost textu

Vliv derivátů aminokyselin a ceramidů na bariérovou funkci kůže

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Vliv derivátů aminokyselin a ceramidů na bariérovou funkci kůže
Název v angličtině:
Effect of Amino Acids Derivatives And Ceramides on Skin Barrier Function
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Barbora Janůšová, Ph.D.
Školitel:
Doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D.
Oponenti:
Prof. Pavol Balgavý, CSc.
prof. PharmDr. Miloslava Rabišková, CSc.
Id práce:
126704
Fakulta:
Farmaceutická fakulta v Hradci Králové (FaF)
Pracoviště:
Katedra organické a bioorganické chemie (16-16120)
Program studia:
Organická chemie (P1402)
Obor studia:
Bioorganická chemie (DB4)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
18. 10. 2012
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Příloha práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
ABSTRAKT Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra anorganické a organické chemie Kandidát: Mgr. Barbora Janůšová Školitel: doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D. Název disertační práce: Vliv derivátů aminokyselin a ceramidů na bariérovou funkci kůže Hlavním cílem této disertační práce bylo přispět k porozumění chování ceramidů a modulátorů bariérové funkce kůže na bázi derivátů aminokyselin, stejně jako osvětlit vztahy mezi jejich strukturou a účinkem. Akceleranty transdermální permeace jsou látky, které dočasně snižují funkci kožní bariéry a usnadňují tak průnik léčiv. V první části práce byly studovány akceleranty aminokyselin prolinu, sarkozinu, alaninu, β-alaninu a glycinu spojených s hydrofobním řetězcem pomocí biologicky rozložitelné esterové vazby. Dvouřetězcové akceleranty nevykázaly žádný akcelerační účinek, zatímco látky s jedním řetězcem výrazně zvýšily propustnost kůže. Nejúčinnější akcelerant, derivát prolinu L-Pro2, dosáhl hodnot akceleračního poměru až 40 při 1% koncentraci, byl aktivnější než standardní akceleranty Azon, DDAIP, DDAK a Transkarbam 12 a navíc působil synergicky s propylenglykolem. Nebyly zjištěny žádné rozdíly v účinnosti mezi jednotlivými enantiomery. Mechanismus účinku L-Pro2 studovaný infračervenou spektroskopií spočívá ve fluidizaci lipidů kožní bariéry bez významného účinku na bílkoviny stratum corneum. Účinek L-Pro2 měřený elektrickou impedancí kůže byl alespoň částečně reverzibilní. Toxicita připravených látek na buněčných liniích keratinocytů (HaCaT) a fibroblastů (3T3) dosahovala hodnot IC50 v rozmezí od desítek do stovek µM, což je srovnatelné se standardními akceleranty. In vivo transdermální permeační studie u potkanů potvrdily akcelerační účinek L-Pro2 a ukázaly jeho zanedbatelnou kožní toxicitu a minimální vliv na transepidermální ztrátu vody. Kromě toho L-Pro2 podléhal rychlému enzymatickému rozkladu v plazmě. Tyto vlastnosti dělají z L-Pro2 vhodného kandidáta pro případné klinické použití. Ceramidy stratum corneum hrají zásadní roli v bariérových vlastnostech kůže. Nicméně vztahy mezi jejich strukturou a účinkem nejsou prozatím dostatečně známy. V našich nedávných studiích jsme ukázali, že délka řetězce acylu u sfingosinového typu (NS) ceramidů je velmi důležitá pro jejich bariérovou funkci a že jeho zkrácení snížilo difúzní odpor kůže s maximem u ceramidů s délkou řetězce 4 a 6 uhlíků. V návaznosti na tyto studie jsme v druhé části této práce zkoumali vliv délky řetězce acylu u ceramidů typu NS na propustnost a termotropní fázové chování modelových membrán lipidů SC složených z ceramidu, kyseliny lignocerové, cholesterolu a cholesterolu sulfátu za účelem získat základní znalosti k pochopení pozorovaných rozdílů v propustnosti. Ceramidy s krátkým řetězcem snížily elektrickou impedanci membrán a zvýšily propustnost theofylinu modelovými membránami stejně jako bylo pozorováno v kůži. Termotropní fázové chování bylo studováno pomocí diferenční skenovací kalorimetrie a infračervené spektroskopie. Ceramidy, které měly největší vliv na propustnost, rozšířily a snížily teplotu fázového přechodu modelových membrán SC. ATR-FTIR studie prokázaly, že za teploty kůže všechny membrány vykazují organizované řetězce lipidů převážně v trans konformaci spolu s orthorhombickým laterárním uspořádaním a velmi podobnou oblastí polárních hlav. Z termálního chování membrán však vyplývá, že krátkořetězcové ceramidy tvoří samostatné domény bohaté buď na ceramidy, nebo kyselinu lignocerovou. Také jsme zaznamenali slabší relativní intenzitu CH2 vibrací při 32 °C u nejpropustnějších membrán, což naznačuje přítomnost ceramidových domén s nižší hustotou lipidů. Výsledky této práce potvrdily, že dlouhé hydrofobní řetězce v ceramidech typu NS jsou nezbytné pro udržení bariérové funkce kůže. Kromě toho modelové membrány lipidů SC nanesené na porézní poklad ukázaly, že jsou cenným nástrojem pro studium vztahů mezi strukturou ceramidu a propustností, stejně jako souvisejících mechanizmů na molekulární úrovni. V poslední části disertační práce byla připravena řada nových homologů pseudoceramidu 14S24 se záměrem studia jejich potenciálních regeneračních účinků a objasnění vlivu délky hydrofobních řetězců na jejich aktivitu. Tato část práce zahrnovala jak studium různých metod poškození bariérové funkce kůže, tak studium různých vehikul. Nicméně v této části práce jsme nebyli schopni ohodnotit aktivitu připravených látek, neboť jsme zaznamenali značnou variabilitu v propustnosti kůže. Možností, jak obejít tuto komplikaci, se jeví studium těchto látek za použití modelových membrán SC, které byly připraveny v druhé části práce. Nicméně metody a výsledky uvedené v této části však mohou být nápomocny při dalším studiu této problematiky.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Charles University in Prague Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of inorganic and organic chemistry Candidate: Mgr. Barbora Janůšová Supervisor: doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D. Title of Doctoral Thesis: Effect of amino acids derivatives and ceramides on skin barrier function The main goal of my thesis was to contribute to the understanding of behavior of the ceramides and skin barrier function modulators based on amino acids derivatives, as well as to elucidate the relationship between their structure and activity. Transdermal permeation enhancers are compounds that temporarily decrease skin barrier properties to promote drug flux. In the first part of my thesis, enhancers with amino acids (proline, sarcosine, alanine, β-alanine, and glycine) attached to hydrophobic chain(s) via a biodegradable ester link were investigated. The double-chain lipid-like substances displayed no enhancing effect, whereas single-chain substances significantly increased skin permeability. The most active enhancer - proline derivative L-Pro2 reached enhancement ratios of up to 40 at 1% concentration, which is higher than that of the well-established and standard enhancers Azone, DDAIP, DDAK, and Transkarbam 12. No stereoselectivity was observed. L-Pro2 acted synergistically with propylene glycol and infrared studies revealed that its mechanism of action includes fluidization of skin barrier lipids with no significant effect on stratum corneum proteins. L-Pro2 action was at least partially reversible as measured by skin electrical impedance. Toxicity in keratinocyte (HaCaT) and fibroblast (3T3) cell lines showed IC50 values ranging from tens to hundreds of µM, which is comparable with standard enhancers. In vivo transdermal absorption studies in rats confirmed the enhancing activity of L-Pro2 and showed its negligible skin toxicity and minimal effect on transepidermal water loss. Furthermore, L-Pro2 was rapidly decomposed in plazma. These properties make L-Pro2 a good candidate for potential clinical use. Stratum corneum ceramides play an essential role in the barrier properties of skin. However, their structure–activity relationships are poorly understood. We have recently shown that the acyl chain length in non-hydroxy acyl sphingosine-type (NS) ceramides is highly important for their barrier function and that its shortening decreased the skin diffusion resistance with maxima at ceramides with 4-6C chain length. In the second part of this thesis we investigated the effects of acyl chain length of NS type ceramides on the permeability and the thermotropic phase behavior of a model SC lipid membranes composed of ceramide, lignoceric acid, cholesterol and cholesterol sulfate to gain some basic understanding of the observed differences in permeability. Short-chain ceramides decreased membrane electrical impedance and increased the permeability of theophylline in the model SC membranes similar to their effects found in the skin. The thermotrophic phase behavior was studied by differential scanning calorimetry and infrared spectroscopy. Those ceramides that had the greatest impact on the membrane permeability broaden and downshift phase transitions of the model SC membranes. ATR-FTIR studies revealed that, at the skin temperature, all membranes showed high lipid chain conformational order and presence of orthorhombic chain packing together with very similar polar head region. Thermal phase behavior of membranes revealed that membranes with short-chain ceramides form separate domains rich either in ceramides or lignoceric acid. Moreover relative CH2 intensity at 32°C was weaker in the most permeable membranes suggesting presence of ceramide-rich domains with lower lipid density. In conclusion, this work confirmed that the long hydrophobic chains in the NS-type ceramides are essential for maintaining the skin barrier function. Moreover, the model SC lipid membranes reconstituted on a filter support proved to be a valuable tool to study the relationships between the ceramide structure and SC membrane permeability as well as the underlying mechanisms on a molecular level. In the last part of my thesis a number of new homologs of pseudoceramide 14S24 were synthesized to study their barrier-repair ability and to evaluate the influence of the length of hydrophobic chains on their activity. This work included evaluation of two different methods for barrier pertubation and study of various donor vehicles. However, in this part of the work we were unable to assess the activity of the prepared compounds, because considerable variation in the permeability of the skin was observed. The possibility to avoid observed variability is the study of these homologs by model SC lipid membranes, which were developed in the second part of the thesis. Nevetheles, methods and results presented in this section may be helpful in further studies of this issue.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Barbora Janůšová, Ph.D. 1.6 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Barbora Janůšová, Ph.D. 3.58 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Barbora Janůšová, Ph.D. 34 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Barbora Janůšová, Ph.D. 22 kB
Stáhnout Posudek vedoucího Doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D. 130 kB
Stáhnout Posudek oponenta Prof. Pavol Balgavý, CSc. 138 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. PharmDr. Miloslava Rabišková, CSc. 142 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby Doc. RNDr. Věra Klimešová, CSc. 126 kB