α-Tokoferol i CBD zmieniały właściwości reologiczne modelowej monowarstwy DPPC

α-Tokoferol (witamina E) i kannabidiol (CBD), związki występujące w produktach do wapowania, zmieniały aktywność powierzchniową oraz właściwości reologiczne modelowych monowarstw dipalmitoilofosfatydylocholiny (DPPC), wykorzystywanych jako uproszczony model lipidowej warstwy surfaktantu płucnego. W badaniu laboratoryjnym zespołu z University of Kansas wpływ obu substancji był zależny od stężenia, przy czym α-tokoferol powodował większe zmiany niż CBD we wszystkich badanych stężeniach. Wyników nie można jednak bezpośrednio odnosić do naturalnego surfaktantu płucnego człowieka ani do czynności płuc osób używających e-papierosów.

Co badali naukowcy?

Zespół z University of Kansas analizował wpływ α-tokoferolu (witaminy E) oraz kannabidiolu (CBD) na właściwości modelowych monowarstw zawierających dipalmitoilofosfatydylocholinę (DPPC; ang. dipalmitoylphosphatidylcholine). Monowarstwy DPPC wykorzystano jako uproszczony model umożliwiający badanie wybranych właściwości lipidowej warstwy surfaktantu płucnego.

Badacze postawili hipotezę, że gromadzenie się dodatków związanych z wapowaniem może zmieniać upakowanie lipidów oraz właściwości reologiczne warstwy powierzchniowej. Sprawdzano zatem, jak α-tokoferol i CBD wpływają na mechanikę międzyfazową monowarstwy DPPC poddawanej cyklicznym deformacjom mającym odwzorowywać wybrane aspekty zmian zachodzących podczas oddychania.

Badanie miało charakter laboratoryjny. Nie uczestniczyli w nim pacjenci ani osoby używające e-papierosów, nie pobierano surfaktantu z ludzkich płuc i nie wykonywano badań czynnościowych układu oddechowego.

Dlaczego wykorzystano monowarstwę DPPC?

Surfaktant płucny tworzy warstwę powierzchniowo czynną w obrębie pęcherzyków płucnych i uczestniczy w utrzymaniu ich stabilności podczas cyklicznych zmian związanych z oddychaniem. Materiał prasowy zwraca uwagę na jego znaczenie dla przeciwdziałania zapadaniu się pęcherzyków podczas zmniejszania ich objętości oraz dla ich ponownego rozprężania w kolejnych fazach cyklu oddechowego.

Jednym z głównych składników lipidowych surfaktantu płucnego jest DPPC. Z tego względu autorzy wykorzystali monowarstwy DPPC jako uproszczony układ umożliwiający kontrolowane badanie zmian właściwości powierzchniowych i reologicznych.

Należy jednak podkreślić, że monowarstwa DPPC nie jest odpowiednikiem kompletnego naturalnego surfaktantu płucnego. Model nie odtwarza pełnej złożoności jego składu, w szczególności nie uwzględnia białek surfaktantu.

Jak przeprowadzono doświadczenie?

Autorzy badali monowarstwy DPPC zawierające różne stężenia CBD lub α-tokoferolu. Oceniano zarówno właściwości powierzchniowe w warunkach quasi-statycznych, jak i odpowiedź monowarstwy podczas cyklicznych deformacji.

Do analizy właściwości powierzchniowych wykorzystano izotermy kompresji i rozprężania. Morfologię domen lipidowych obserwowano za pomocą mikroskopii epifluorescencyjnej. Autorzy badali również reologię dylatacyjną podczas oscylacyjnych deformacji bariery, co pozwalało ocenić dynamiczną odpowiedź monowarstwy na powtarzalne zmiany jej powierzchni.

Prajnaparamita Dhar z University of Kansas podkreślała w materiale prasowym, że celem eksperymentu nie było odtworzenie całych pęcherzyków płucnych. Badano natomiast zachowanie warstwy powierzchniowej podczas powtarzalnych zmian mających modelować wybrane mechaniczne aspekty cyklu oddechowego.

Autorami publikacji są Estephanie Laura Nottar Escobar, Emmanuelle Ong, Madelyn Leslie Atkins oraz Prajnaparamita Dhar z Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Kansas.

Jak α-tokoferol i CBD zmieniały właściwości monowarstwy?

Zarówno CBD, jak i α-tokoferol wpływały na aktywność powierzchniową oraz właściwości reologiczne monowarstw DPPC. Wielkość obserwowanych zmian zależała od stężenia badanego związku.

Wpływ α-tokoferolu był większy niż wpływ CBD we wszystkich stężeniach ocenianych w eksperymencie. Autorzy zaobserwowali ponadto, że przy jednoczesnej obecności obu dodatków wyniki wskazywały na dominującą rolę α-tokoferolu.

Badane związki zmieniały jej właściwości reologiczne oraz mechanikę międzyfazową.

Dlaczego wpływ α-tokoferolu był większy?

Autorzy wiążą różnicę między działaniem badanych związków między innymi z ich budową molekularną. W publikacji wskazują, że większy wpływ α-tokoferolu może być związany z jego bardziej rozbudowaną strukturą cząsteczkową. W materiale prasowym Dhar zwracała również uwagę na jego hydrofobowość i możliwość silniejszego oddziaływania z warstwą lipidową.

Interpretację tę należy traktować jako proponowane wyjaśnienie obserwowanych różnic, a nie jako ostatecznie potwierdzony mechanizm biologiczny.

Zmniejszenie stabilności monowarstwy

Według autorów zmiany aktywności powierzchniowej oraz właściwości reologicznych prowadziły do zmniejszenia stabilności modelowej monowarstwy. Ma to znaczenie dla interpretacji mechaniki międzyfazowej, ponieważ funkcjonowanie warstwy surfaktantu jest związane z jej dynamiczną reorganizacją podczas zmian powierzchni pęcherzyków.

Nie oznacza to jednak, że w badaniu wykazano destabilizację naturalnego surfaktantu u osób wapujących. Eksperyment dotyczył modelowej monowarstwy DPPC i nie obejmował pomiarów biologicznych lub klinicznych u ludzi.

Jakie są ograniczenia zastosowanego modelu?

Najważniejsze ograniczenie wynika z uproszczonego charakteru zastosowanego układu eksperymentalnego. Badano monowarstwę DPPC, która umożliwia analizę wybranych właściwości lipidowej części surfaktantu, ale nie odtwarza jego pełnego składu i funkcjonowania w pęcherzykach płucnych.

W szczególności model nie obejmował białek surfaktantu. Dhar zwróciła uwagę, że ich obecność może zmieniać zachowanie warstwy na granicy faz oraz sposób jej reorganizacji po ustaniu deformacji. Na podstawie zastosowanego modelu nie można określić, w jakim stopniu białka zmieniłyby odpowiedź na CBD lub α-tokoferol.

Badanie nie obejmowało także całych płuc, komórek nabłonka pęcherzykowego ani innych elementów środowiska biologicznego układu oddechowego. Nie oceniano ekspozycji inhalacyjnej u ludzi ani jej skutków klinicznych.

Jak należy interpretować wyniki?

Praca dostarcza danych mechanistycznych pokazujących, że wybrane związki występujące w produktach do wapowania mogą w warunkach laboratoryjnych zmieniać organizację i właściwości modelowej monowarstwy lipidowej. Zarówno CBD, jak i α-tokoferol wpływały na jej właściwości w sposób zależny od stężenia, przy czym α-tokoferol powodował większe zmiany.

Autorzy publikacji wskazują, że ich wyniki zwracają uwagę na możliwość zaburzenia struktury warstwy lipidowej i jej mechaniki międzyfazowej w związku z ekspozycją na dodatki stosowane w produktach do wapowania. Sam eksperyment nie pozwala jednak określić wielkości takiego efektu w płucach człowieka ani jego konsekwencji klinicznych.

Prajnaparamita Dhar podkreśliła w materiale prasowym, że wpływ wapowania na płuca wymaga dalszych badań. Zwróciła również uwagę na potrzebę ostrożności przy przedstawianiu wapowania jako rozwiązania bezpiecznego wyłącznie na podstawie porównania z paleniem tytoniu oraz na szczególne znaczenie używania produktów do wapowania przez młodzież.

Dalsze badania mają znaczenie między innymi dla określenia, jak obecność dodatkowych składników naturalnego surfaktantu wpływa na odpowiedź warstwy na substancje związane z wapowaniem.