부산대학교 도서관

La estructura y propiedades fisicoquímicas de las biomembranas son fundamentales para el funcionamiento de las células, y muchas patologías (cáncer, neurodegeneraciones, obesidad, etc.) 1, 2 se han asociado a su alteración . Por este motivo, las biomembranas han sido objeto de intensas investigaciones. Sin embargo, todavía existe un conocimiento limitado de las biomembranas, que muestran una estructura heterogénea a la nanoescala, que en realidad son las que están presentes de forma natural en las células y determinan muchos de los fenómenos que ocurren a través de ellas a nivel molecular 3, 4. Las propiedades eléctricas, debido a su papel destacado en la electrofisiología, se encuentran entre las propiedades físicas más relevantes de las biomembranas. La mayoría de las veces se presta atención a las propiedades de conducción de las biomembranas y al papel que juegan en ellas los canales iónicos. Sin embargo, las propiedades dieléctricas de la biomembrana también son de interés central en los fenómenos bioeléctricos y, también, pueden considerarse como un poderoso indicador de la composición de la biomembrana, que puede aprovecharse para desarrollar métodos de mapeo sin marcadores. Este trabajo de tesis aprovecha los últimos desarrollos de microscopía dieléctrica de sonda de barrido (SDM) en líquido para caracterizar las propiedades dieléctricas de sistemas de membranas de modelo heterogéneo y membranas naturales purificadas en líquido. En este trabajo, se han obtenido nuevos conocimientos sobre la técnica de SDM en líquido, como por ejemplo sobre el prominente efecto electrostático de tamaño finito. También se han probado y optimizado diferentes modelos para el análisis de las medidas. Primero, nos concentramos en caracterizar mezclas de bicapa lipídicas soportadas mono y bicomponente que contienen colesterol, proporcionando una primera prueba de concepto de las capacidades de mapeo sin etiqueta de la técnica en líquido y ampliando el trabajo realizado anteriormente en aire sobre nanopartículas 5. Posteriormente, ampliamos los métodos para tratar con estructuras 3D de biomembranas más complejas, como los liposomas 6. Mediante SDM en liquído, se han obtenido imágenes de liposomas de unas pocas docenas de nanómetros de altura. Una vez más, se extrajeron con precisión las propiedades dieléctricas de la biomembrana de los liposomas, esta vez en una configuración más natural de la biomembrana. Este estudio también destacó las capacidades subsuperficiales de la técnica en líquido, demostradas anteriormente solo en medidas de aire 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, y permitió obtener de forma ‘label-free’ la lamelaridad de los liposomas, un parámetro crucial en esta tecnología. Este trabajo sentó las bases para dilucidar la estructura y las propiedades dieléctricas de sistemas de membranas más complejos, incluidas células vivas, y sus fenómenos eléctricos asociados, como por ejemplo la conducción. References: (1) Lauwers, E.; Goodchild, R.; Verstreken, P. Membrane Lipids in Presynaptic Function and Disease. Neuron 2016, 90 (1), 11–25. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.02.033. (2) Ashrafuzzaman, M., Tuszynski, J. Membrane-Related Diseases, Springer-V.; Springer- Verlag Berlin Heidelberg 2012, 2012. (3) Mueller, P.; Rudin, D. O. Resting and Action Potentials in Experimental Bimolecular Lipid Membranes. J. Theor. Biol. 1968, 18 (2), 222–258. https://doi.org/10.1016/0022- 5193(68)90163-x. (4) Hodgkin, A. L.; Huxley, A. F. A Quantitative Description of Membrane Current and Its Application to Conduction and Excitation in Nerve. J Physiol. 1952, 117, 500–544. https://doi.org/10.1109/ICCCT2.2017.7972284. 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