Permiabilização de membranas por ultrassons de alta frequência

Abstract

The study of Photoacoustic waves has notably increased in recent years, due to his versatility in numerous applications. One of the applications described recently, is that acoustic methods are another approach to a difficult and expensive problem to solve, transfection. Use of photoacoustic waves consists in the fast and efficient conversion of energy, from a pulsed laser, into a pressure wave capable of, transiently, permeabilizing outer layers of skin or cell membrane.The objective of this work was to evaluate the effect of photoacoustic waves on the properties of lipid bilayers, with special focus on the permeability of the cell membrane and understand the underlying mechanism. For this study we used Giant Unilamellar Vesicles as a simple model for the cell membrane.GUV’s were encapsulated with a fluorescent molecule with a large molecular weight which in a, without external stimuli, doesn’t permeate the lipid bilayer. To evaluate this permeation, several complementary techniques were used, namely fluorescence microscopy, like confocal microscopy and flow cytometry. These resources were used to understand if the fluorescence in the inner medium of the formed GUV’s would decrease after they were exposed to photoacoustic waves.The GUV’s were subjected to a 50 and 100 mJ cm-2 picosecond laser for 10 and 20 minutes. After the exposure to the generated photoacoustic waves GUV’s size remained the same but, there the inner fluorescence of the GUV’s decreased compared to the controls used. It can be concluded that photoacoustic waves can increase the permeability of large molecules through the lipid bilayer.

O estudo de ondas fotoacústicas tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, pela sua versatilidade em inúmeras aplicações. Uma das aplicações recentemente descrita na literatura é o facto de os métodos acústicos serem outra abordagem a um problema difícil e dispendioso de resolver, a transfeção. A utilização de ondas fotoacústicas consiste na conversão rápida e eficiente da energia de um pulso de laser, numa onda de pressão intensa capaz de, transientemente, permeabilizar camadas exteriores de pele ou a membrana celular.O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito das ondas fotoacústicas nas propriedades das bicamadas lipídicas, em particular ao nível da permeabilidade através das mesmas. Para este estudo foram usadas Vesiculas Unilamelares Gigantes como modelo simples da membrana celular.Foram usados GUV’s contendo no seu interior aquoso uma molécula fluorescente com grande peso molecular que devido ao seu tamanho e polaridade não permeia a bicamada lipídica em condições normais. Para avaliar a permeação utilizaram-se várias técnicas complementares como a microscopia de fluorescência, entre elas, a microscopia confocal, e a citometria de fluxo. Estes recursos foram utilizados para perceber se a fluorescência dos GUV’s diminui depois de estes serem expostos a ondas fotoacústicas.Os GUV’s foram sujeitos a fluências de um laser de picossegundos 50 e 100 mJ cm-2 durande 10 e 20 minutos. Após a exposição às ondas fotoacústicas o tamanho dos GUV’s não se alterou, mas observou-se uma diminuição da fluorescência do interior dos GUV’s quando comparado com os controlos efectuados. Conclui-se assim que as ondas fotoacústicas conseguem aumentar a permeabilidade ao nível da bicamada lipídica.