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Previous issue date: 2008-02-18 / The interaction of the skin penetration enhancers DL-menthol, -terpineol, 1,8-cineole and (+)-limonene with membranes of the uppermost skin layer, the stratum corneum (SC) and with multilamellar vesicles from 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphaticylcholine (DPPC)is investigated by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy using spin-labeled analogs of androstanol ASL),stearic acid (5-DSA), methyl stearate (5-DMS) and a small spin label 2,2,6,6-tetramethylpiperedine-1-oxyl (TEMPO). The terpenes were added to SC samples using ethanol as a co-solvent (20% ethanol in the buffer), the effect of ethanol on the SC also was investigated. The spectra of spin labels ASL, 5-DSA and 5-DMS in the membranes of SC are characterized by the presence of two spectral components differing in mobility.Component 1 was attributed to the spin labels H-bonded to the headgroups, while component 2 was assigned to the spin labels H-bonded to water molecules or temporally non-hydrogen-bonded. EPR results showed that ethanol in the range 0-70% did not alter the fluidity in SC membranes or the relative fractions of these two components. Instead, ethanol only caused a selective extraction of spin labels, indicating that ethanol acts as extractor and not as fluidizer when facilitates molecular permeation in the skin. Addition of 1% DLmenthol to the solvent containing 20% ethanol increases both the mobility and the fraction of spin labels in the component 2 (more mobile spectral component). Similarly, with the addition of 1,8-cineole, the spin probes were gradually transferred from the motionally more restricted component 1 to the more mobile component 2. The spectrum of the spin label TEMPO in the membranes of SC allows for the determination of the actual partition coefficient and rotational diffusion rates of the spin probe in the aqueous and hydrocarbon environments. The enthalpy changes,H°,to transfer the spin probe from the aqueous to the hydrocarbon phase, as well as the activation energies associated to its rotational motion, were considerably smaller for SC when compared to DPPC, indicating less pronounced thermal reorganizations for SC samples. For DPPC,all terpenes increased both the partition coefficient and the rotational diffusion rate of the spin label in the membrane, except in the liquid-crystalline phase. These results suggest that the terpenes,effectively acting as spacers in the membrane,fluidize the lipids and cause ruptures in the hydrogen-bonded network of the membrane-water interface, with consequent displacements of spin probes towards the hydrophobic core. The EPR spectra of maleimide derivative spin label (6-MSL)covalently attached to stratum corneum proteins indicate that 1,8-cineole does not alter the dynamics of protein backbones.Instead, this terpene only increases the solvent s ability to dissolve and mobilize the nitroxide side chain, which is in agreement with its low irritation response. / A interação dos aumentadores de permeação da pele DL-mentol, -terpineol, 1,8-cineole e (+)-limoneno com as membranas da camada mais externa da pele, o estrato córneo (EC) e com vesículas multilamelares de 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphaticylcholine (DPPC) foi investigado por espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) utilizando marcadores de spin análogos do androstanol (ASL), acido esteárico (5-DSA) e estearato de metila (5-DMS), além de um pequeno marcador anfifílico, o 2,2,6,6-tetramethylpiperedine-1-oxyl (TEMPO), que se particiona entre as fases aquosa e hidrocarbônica. Como os terpenos foram adicionados ao EC usando soluções do etanol a 20% no tampão, foram também investigados os efeitos do etanol sobre as membranas do EC. Os espectros dos marcadores de spin ASL, 5-DSA e 5-DMS nas membranas de EC são caracterizados pela presença de duas componentes espectrais diferindo em mobilidade. A componente 1 foi atribuída aos marcadores de spin que formam ligações de hidrogênio com os grupos polares da membrana, enquanto que a componente 2 foi atribuída aos marcadores de spin que formam ligações de hidrogênio com as moléculas de água ou que, temporariamente, não estão formando ligações de hidrogênio. Os resultados de RPE mostraram que o etanol em concentrações variando de 0-70% não causa alteração de fluidez nem alteração das frações relativas das duas componentes espectrais. Ao invés disso, o etanol apenas causou uma seletiva extração dos marcadores lipídicos, indicando que os efeitos do etanol como facilitador advém de sua capacidade de extrair lipídios da membrana. Com a adição de 1% de L-mentol ao solvente contendo 20% de etanol houve um aumento tanto da mobilidade quanto da fração dos marcadores de spin da componente 2 (componente espectral mais móvel). Analogamente, com a adição de 1,8-cineole, os marcadores de spin foram gradualmente transferidos da componente 1, de mobilidade mais restrita, para a componente 2 mais móvel. O espectro do marcador de spin TEMPO nas membranas de EC permite determinar o coeficiente de partição e a taxa de difusão rotacional do marcador de spin nos ambientes aquoso e hidrofóbico. As mudanças de entalpia, H°, para transferir o marcador de spin da fase aquosa para fase hidrocarbônica, bem como as energias de ativação associadas com o movimento rotacional, foram consideravelmente menores para o EC em relação às amostras de DPPC, indicando reorganizações térmicas menos pronunciadas para as membranas do EC. Para DPPC, todos os terpenos aumentaram tanto o coeficiente de partição quanto a taxa de difusão rotacional dos marcadores de spin na membrana, exceto na fase líquido-cristalina. Estes resultados sugerem que os terpenos agem efetivamente como espaçadores dos lipídios da membrana reduzindo seu empacotamento e aumentando sua fluidez, desse modo causando rupturas da rede de ligações de hidrogênio na interface membrana-água e assim gerando deslocamentos dos marcadores de spin para o core hidrofóbico. O espectro de RPE do marcador de spin derivado do maleimido (6-MSL) covalentemente ligado às proteínas do EC indicou que o 1,8-cineole não altera a dinâmica do esqueleto protéico. Ao invés disso, este terpeno apenas aumenta a habilidade do solvente em dissolver e mobilizar a cadeia lateral do nitróxido, o que está em acordo com seu baixo potencial de irritação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/3641 |
| Date | 18 February 2008 |
| Creators | Anjos, Jorge Luiz Vieira dos |
| Contributors | Alonso, Antônio |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Física (IF), UFG, Brasil, Instituto de Física - IF (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 8906790011015971912, 600, 600, 600, -4029658853652049306, -8327146296503745929 |
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