Preskočiť na obsah

CESTA ČLOVEKA VEDIE PRÍRODOU

KTO HĽADÁ, nájde! Možno aj TU A TERAZ

Hydratácia pokožky: súhra medzi molekulárnou dynamikou, štruktúrou a absorpciou vody v stratum corneum

Enamul Haque Mojumdar ,zodpovedajúci Autor Quoc Dat Pham , Daniel Topgaard ,a Emma Sparrzodpovedajúci Autor
Informácie o autorovi Poznámky k článku Informácie o autorských právach a licenciách PMC Disclaimer
Preklad: Dr. FYTO Team

Abstrakt

Hydratácia je kľúčovým aspektom pokožky, ktorý ovplyvňuje jej fyzikálne a mechanické vlastnosti. Tu skúmame súhru medzi molekulárnymi a makroskopickými vlastnosťami vonkajšej vrstvy kože – stratum corneum (SC) a ako sa to mení s hydratáciou. Ukazuje sa, že hydratácia vedie k zmenám v molekulárnom usporiadaní peptidov v keratínových filamentoch, ako aj k dynamike reorientácie CH väzieb aminokyselín na vyčnievajúcich termináloch keratínového proteínu v SC. Zmeny v molekulárnej štruktúre a dynamike nastávajú pri prahovej hydratácii zodpovedajúcej cca. 85 % relatívnej vlhkosti (RH). Náhle zmeny v molekulárnych vlastnostiach SC sa zhodujú so zmenami makroskopických bobtnavých vlastností SC, ako aj mechanických vlastností v SC. Flexibilné koncovky na pevných keratínových vláknach možno prirovnať k flexibilným polymérovým kefám v koloidných systémoch, ktoré vytvárajú odpudzovanie na veľké vzdialenosti a rozsiahle napučiavanie vo vode. Ďalej sme ukázali, že pridanie močoviny do SC pri zníženej RH vedie k podobným molekulárnym a makroskopickým reakciám ako zvýšenie RH pre SC bez močoviny. Zistenia poskytujú nové molekulárne poznatky na prehĺbenie pochopenia toho, ako stredná organizácia vlákna reaguje na zmeny v okolitom prostredí.

Úvod

Koža je veľký medzifázový film oddeľujúci ľudské telo a vonkajšie prostredie. Vonkajšia vrstva kožnej epidermis – stratum corneum (SC) je zodpovedná za funkciu kožnej bariéry  ,  . Zdravý SC je všestranný materiál, ktorý kombinuje funkčnú vlastnosť, že je účinnou transportnou bariérou, a materiálové vlastnosti, že je mäkký, pevný a poddajný, aby toleroval deformáciu v dôsledku fyzickej námahy a stresu. SC je tiež reagujúcim materiálom a jeho vlastnosti môžu byť zmenené zmenami v kožnom prostredí  – . Celkovo SC spĺňa niekoľko zásadne odlišných požiadaviek a jeho špeciálne materiálové vlastnosti môžu súvisieť s organizáciou a dynamikou jeho molekulárnych komponentov. SC je cca. Hrúbka 10–15 μm a pozostáva z bezjadrových odumretých buniek – korneocytov – ktoré sú vyplnené keratínovými vláknami a obalené zrohovateným obalom  ,  . Keratínové vlákna majú tuhé jadro s vyčnievajúcimi zakončeniami a pozostávajú zo zväzkov protofilamentov (obr. 1)  –  . Boli klasifikované ako „stredné filamenty“ vzhľadom na ich rozsah veľkosti ~10–15 nm, čo je v porovnaní s cytoskeletálnymi aktínovými vláknami (~6 nm) a mikrotubulami (~24 nm )  . Stredné vlákna sú všadeprítomne prítomné v koži, vlasoch a nechtoch, kde pôsobia ako mechanické lešenie. Vláknité štruktúry podobnej veľkosti sa nachádzajú aj v neurofilamentoch v neurónovej bunke  –  . Korneocyty sú vložené do multilamelárnej lipidovej matrice spôsobom, ktorý sa často opisuje ako štruktúra „tehly a malty“  . V okolitých podmienkach existuje veľká väčšina SC lipidových a proteínových zložiek v pevnom stave –  , ktorá sa líši od väčšiny ostatných biologických membrán. Prítomnosť malej frakcie tekutých zložiek však môže mať obrovský vplyv na makroskopické vlastnosti SC materiálu  ,  .

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig1_HTML.jpg

Schéma štruktúrnej organizácie korneocytov. Korneocyty sú sploštené bezjadrové bunky s priemerom ~30–40 μm a pozostávajú z keratínových vlákien  ,  ,  . Vlákno si možno predstaviť ako plnú tyčinku (modrá) s vyčnievajúcimi koncovkami (červená) a pozostáva zo zväzkov protofilamentov  –  . Primárnym stavebným blokom protofilamentu je polypeptidový reťazec, ktorý má a -helikálnu centrálnu tyč s priľahlými N- a C-koncami. Polypeptidový reťazec je prepletený s iným keratínovým monomérom v paralelnom usporiadaní za vzniku stočeného špirálového heterodiméru, z ktorého jeden reťazec je kyslý (typ I) a druhý je zásado-neutrálny (typ II) . Dva takéto heterodiméry sú potom spojené v antiparalelnej a striedavej konformácii, čím sa vytvorí tetramér. Tetraméry následne agregujú spôsobom od konca ku koncu za vzniku protofilamentu.

Keratínom naplnené korneocyty tvoria cca. 85 % celkovej hmotnosti suchého SC  a sú spojené s mechanickými vlastnosťami SC. Celkovo majú korneocyty polárne vnútro a môžu byť prekážkami pre difúzny transport hydrofóbnych molekúl, pričom môžu poskytovať dodatočnú transportnú cestu pre polárne zlúčeniny, napríklad vodu. Keď je koža vystavená vlhkému prostrediu, korneocyty pohlcujú značné množstvo vody  , čo sa prejavuje opuchom kože napríklad po kúpeli. Korneocyty môžu napučiavať približne o 50 % výšky, keď sú úplne hydratované . Opuch korneocytov nie je rovnomerný vo všetkých smeroch a viac napučiavajú vo vertikálnom smere v porovnaní s paralelným smerom k povrchu kože  ,  . SC lipidy sú tiež ovplyvnené hydratáciou roztavením malej časti lipidových uhľovodíkových reťazcov  ,  . Hydratácia tiež vedie k zvýšeniu SC permeability pri vysokej relatívnej vlhkosti (RH)  čo môže súvisieť s prítomnosťou pohyblivejších/tekutejších SC lipidových a  zložiek4,27 . Toto sa využíva pri dermálnom a transdermálnom podávaní liečiv, ktoré sa potom nazýva „oklúzia“ .  okluzívnom stave môže byť penetrácia chemikálií pod kožu, napríklad pod kožnou náplasťou alebo filmom krému,  .

Mechanické vlastnosti pokožky z hľadiska pevnosti a pružnosti je možné ovplyvniť hydratáciou  ,  ,  . Predchádzajúce štúdie uviedli, že obsah vody v SC je skutočne primárnym faktorom, ktorý riadi flexibilitu SC  ,  . Vo vzorke SC bol pozorovaný zreteľný prechod z krehkého na ohybný, keď bol obsah vlhkosti zvýšený na vyššiu RH  ,  –  . Pri hydratovanom SC vodu primárne prijímajú korneocyty. Predpokladalo sa, že korneocyty kontrolujú SC viskoelastické vlastnosti prostredníctvom plastifikácie makromolekúl keratínového vlákna vodou . Pri nízkych hodnotách RH sú keratínové vlákna prítomné v rigidnom stave24  zatiaľ čo nedávne štúdie ukázali, že dochádza k zmene molekulárnej mobility určitých aminokyselín v keratínovom vlákne po  . Je vysoko pravdepodobné, že tieto molekulárne zmeny v keratínových vláknach silne ovplyvňujú jeho napučiavanie a mechanické vlastnosti a táto súhra sa skúma v tejto štúdii. Molekulové vlastnosti keratínu možno zmeniť aj pridaním iných malých polárnych molekúl, napr. močoviny a glycerolu  , . Tieto molekuly sú prirodzene prítomné v pokožke ako súčasť takzvaného „Natural Moisturizing Factor“ (NMF) a bežne sa používajú v produktoch starostlivosti o pleť ako „zvlhčovadlá“. Aj keď je terminológia trochu zavádzajúca, hlavnou funkciou týchto zlúčenín v SC nie je zvyšovať obsah vody, ale skôr nahradiť vodu v dehydratovaných podmienkach a tým zachovať tekutosť v SC lipidových a proteínových zložkách  .

V tejto štúdii sa zameriavame na hlbšie pochopenie povahy hydratáciou vyvolaných zmien keratínových filamentov vo vnútri korneocytov a toho, ako tieto molekulárne zmeny môžu viesť k zmenám makroskopických vlastností materiálu. Vplyv hydratácie na organizáciu a dynamiku molekúl sa tiež porovnáva s účinkom pridania takzvanej molekuly zvlhčovadla bežne používanej v prípravkoch na hydratáciu pokožky. Tu uvádzame údaje pre homogénne vzorky, ktoré možno použiť na predpovedanie účinkov vody a zvlhčovadla v rôznych hĺbkach v SC. Skúmané vzorky sa skladajú z extrahovaných izolovaných korneocytov alebo intaktných SC pri rôznych podmienkach hydratácie, ako je určené RH okolitého vzduchu. Použili sme multitechnický prístup vrátane širokoúhlej röntgenovej difrakcie (WAXD), a sorpčné mikrováhy. Na základe kombinácie výsledkov získaných z týchto techník môžeme korelovať pozorované zmeny makroskopických vlastností SC s molekulárnymi účinkami z hľadiska dynamiky, štruktúry a konformácie, čím prehĺbime naše chápanie hydratácie SC.

Materiály a metódy

Chemikálie

Bovinný pankreatický trypsín (typ III), močovina, chloroform, metanol a deuterovaná voda boli zakúpené od Sigma-Aldrich Chemie GmbH (Schnelldorf, Nemecko). NaCl , Na2HP04.2H20 , KH2P04 a KN03 boli zakúpené od spoločnosti Merck . Voda použitá na hydratáciu vzoriek SC a korneocytov a na prípravu fosfátom pufrovaného fyziologického roztoku (PBS) mala kvalitu Millipore vyrobenú systémom filtrácie vody MilliQ s merným odporom 18 MΩ·cm pri 25 °C.

SC izolácia

Prasacie uši sa odobrali z miestneho bitúnku a skladovali sa pri teplote -80 °C až do ďalšieho použitia. Pred dermatomovaním boli uši ošípaných rozmrazené a opláchnuté v studenej vode z vodovodu. Chĺpky boli oholené pomocou zastrihávača. Vnútorná strana uší ošípaných bola dermatomovaná (TCM 3000 BL, Nouvag) na hrúbku cca. 500 μm na malé plátky. Plátky sa umiestnili na filtračné papiere namočené v roztoku trypsínu (0,2 % hmotn. trypsínu v MilliQ) a udržiavali sa pri teplote 4 °C počas približne 20 hodín. SC vrstvy sa oddelili od zostávajúcej epidermy pomocou klieští a päťkrát sa premyli v MilliQ, aby sa z nich odstránil všetok trypsín. SC listy sa vysušili vo vákuu v exsikátore a uskladnili pri -20 °C na následné použitie.

Extrakcia korneocytov

Korneocyty boli extrahované z SC použitím postupu opísaného v  . Stručne, pláty SC sa rozdelili na malé kúsky a umiestnili sa do strednej banky. Boli použité tri extrakčné roztoky s rôznymi zmesami chloroform:metanol v pomeroch 2:1, 1:1 a 1:2 v/v. Pre každý extrakčný krok sa roztok so vzorkou SC udržiaval pri teplote miestnosti za mierneho trepania počas približne 2 hodín. SC materiál sa zbieral filtráciou po každom kroku. Celá sekvencia extrakcie sa ešte raz zopakovala so všetkými tromi zmesami rozpúšťadiel počas približne 30 minút pre každý čas extrakcie. Prefiltrovaný SC materiál bol cez noc namočený v metanole. V poslednom kroku boli korneocytové materiály extrahované metanolom niekoľkokrát premyté v MilliQ a vysušené vo vákuu v exsikátore.

príprava vzorky

Vzorky na rôntgenové difrakčné štúdie boli hydratované nasledovne; malé kúsky (~ 5–10 mg) suchého SC alebo korneocytov sa umiestnili na panvicu do sorpčnej mikrováhy DVS (Dynamic vapor sorption, Surface Measurement Systems Ltd., Londýn, UK) s prúdom dusíka na kontrolu RH. Vzorky boli hydratované asi 24–36 hodín, aby sa dosiahli stabilné podmienky (keď je rýchlosť zmeny hmotnosti <10 -4 %/min) pri 32 °C a požadovanej relatívnej vlhkosti, ako je kontrolované v sorpčnej mikrováhe. Vzorky obsahujúce močovinu sa pripravili nasledovne: ~5 mg suchého prášku SC alebo korneocytov sa zmiešalo s malým objemom vodného roztoku obsahujúceho požadované množstvo močoviny (upravené tak, aby sa získalo zloženie vzorky 20 alebo 30 % hmotn. suchá hmotnosť vzoriek SC alebo korneocytov). Po miešaní nasledovalo intenzívne vortexovanie. Prebytočná voda sa potom odparila v exsikátore vo vákuu. Vzorky sa následne umiestnili do komory s 80% RH pri 32 °C na 48 hodín, aby sa dosiahli podmienky hydratačnej rovnováhy. Vzorky SC a korneocytov sa potom preniesli (do jednej minúty) do sendvičových komôrok s utesnenými skrutkami s polyetylénovými filmami medzi nimi, aby sa zabránilo dehydratácii.

Pre NMR experimenty boli vzorky SC a korneocytov prerobené na šupinatý prášok pomocou trecej misky a paličky. V predchádzajúcich štúdiách sa ukázalo, že neexistujú žiadne detegovateľné rozdiely, pokiaľ ide o molekulárnu mobilitu v SC lipidových a proteínových zložkách medzi SC listom a rozdrveným SC pozorovaným pri PT  . Prášok bol použitý, pretože čas potrebný na dosiahnutie stabilných podmienok (predpokladaná rovnováha) je rýchlejší v porovnaní s SC plátmi. Na prípravu vzorky NMR sa použilo približne 25 mg suchých korneocytov alebo SC vzorky. Na hydratáciu pri rôznych RH boli vzorky umiestnené buď do DVS sorpčnej mikrováhy s prúdom dusíka pri kontrolovanej RH, alebo do exsikátora s nasýteným soľným roztokom na udržanie požadovanej RH, napr. KNO 3pre 90% RH. V sorpčnej mikrováhe a exsikátore bola teplota nastavená na 32 °C. Vzorky sa hydratovali asi 24–36 hodín, aby sa dosiahli stabilné podmienky, a potom sa rýchlo za minútu preniesli do vložiek NMR (Bruker) na meranie.

Na merania sorpcie sa v DVS sorpčnej panve použilo ~ 5–8 mg suchého prášku vzoriek SC a korneocytov. Experimenty FTIR sa tiež uskutočňovali s ~ 1 až 2 mg práškových vzoriek a na meranie v plne hydratovanom stave boli práškové vzorky pred meraniami hydratované v D20 približne 24 hodín pri 32 ° C.

Röntgenová difrakcia

Štúdie WAXD sa uskutočnili pomocou interného röntgenového zariadenia, systému GANESHA 300 XL SAXS (JJ-Xray, Dánsko). Intenzita rozptylu ( I ) bola meraná ako funkcia rozptylového vektora q (v recipročnom Ångström). Ten je definovaný akoq=4 πhriech θλ, kde θ je uhol rozptylu a λ je vlnová dĺžka dopadajúceho lúča, ktorá je v tomto prípade 1,54 Å. Vzdialenosť medzi vzorkou a detektorom bola upravená na základe zvoleného rozsahu q . Z rozdielnej polohy q sa pomocou rovnice vypočítala vzdialenosť dd=2 πq. Difrakčné údaje sa zbierali na detektore PILATUS 2D na počítanie fotónov (Dectris, Švajčiarsko). Údaje o rozptyle sa zbierali počas približne 20 minút pri 32 °C.

NMR v tuhom stave

Metóda NMR zahŕňa tri typy meraní: DP (priama polarizácia), CP (krížová polarizácia)  a INEPT (necitlivé jadrá zosilnené prenosom polarizácie)  . Všetky NMR experimenty sa uskutočnili na spektrometri Bruker Avance AVII 500 NMR, ktorý je vybavený sondou Bruker E-free 4 mm MAS (magic angle spinning). Pracovná frekvencia MAS je 5 kHz a rezonančné frekvencie 1H a 13C boli 500 a 125 MHz. Teplota bola zvolená tak, aby bola 32 °C, aby sa udržala fyziologická teplota pokožky a bola kalibrovaná pomocou  . Všetky NMR spektrá boli zaznamenané pri 68 kHz dvojimpulzovej fázovej modulácii (TPPM) 1H decoupling a so spektrálnou šírkou 250 ppm. Tvrdé impulzy 1H a 13C boli dané pri ω1H /C / 2π = 80 kHz. Pre CP experimenty bola nutačná frekvencia 13C 80 kHz a 1H nutačná frekvencia lineárne stúpala zo 72 na 88 kHz počas 1 ms kontaktného času. Pre INEPT sa použili časy oneskorenia τ  = 1,8 ms a τ ′ = 1,2 ms. Celkovo bolo zaznamenaných 2048 skenov na experiment s časom akvizície a oneskorením recyklácie 0,05 a 5 s. To dáva celkový čas experimentu ~ 9 hodín pre všetky tri sady meraní (DP, CP a INEPT) pre danú vzorku. 13 _Stupnica chemického posunu C bola externe porovnaná s metylénovým signálom pevného a-glycínu pri 43,7 ppm. Experimentálne údaje v časovej oblasti boli spracované s rozšírením čiary o 20 Hz, vyplnením nulou z 1597 na 8192 bodov v časovej oblasti, Fourierovou transformáciou, fázovou korekciou45  korekciou základnej línie s použitím vlastného Matlab kódu čiastočne odvodeného z  .

Merania sorpčnej mikrováhy

Merania sorpcie boli zaznamenané pre intaktné SC a izolované korneocyty pomocou DVS sorpčnej mikrováhy. Na porovnanie sorpčnej izotermy sa vzorky SC a korneocytov uskutočnili súčasne v jednom experimente. Suché vzorky sa umiestnili na dve misky do mikrováhy DVS a vystavili sa prúdu dusíka s kontrolovanou RH. Sorpcia sa nepretržite zaznamenávala vážením mikrováh. Rovnováha pri každej RH bola definovaná podmienkami, pri ktorých je rýchlosť zmeny hmotnosti menšia ako 10 -4 % / min. Údaje o sorpcii sú prezentované z hľadiska obsahu vody ako funkcie RH. Obsah vody (hmot. %) sa vypočíta ako ( m s  − m s, sušina )/ m s , kde m sje celková hmotnosť vzorky vrátane vody v danom časovom bode a ms ,suchý je hmotnosť suchej vzorky pri 0 % relatívnej vlhkosti. Rozdiely pozorované v údajoch o sorpcii sú tiež reprodukované. Všetky merania sorpcie sa uskutočňovali pri 32 °C.

Zoslabený úplný odraz FTIR (ATR-FTIR)

Nastavenie ATR-FTIR pozostáva z prístroja PerkinElmer vybaveného detektorom deuterovaného triglycínsulfátu (DTGS). Postup zberu a redukcie údajov FTIR sa uskutočnil pomocou vstavaného softvéru. Pre každé spektrum bolo získaných celkovo 128 skenov. FTIR spektrálne rozlíšenie bolo nastavené na 4 cm -1 . Všetky spektrá sa zbierali pri 25 °C.

Dostupnosť údajov

Súbory údajov vygenerované počas a/alebo analyzované počas súčasnej štúdie sú dostupné od príslušných autorov na primeranú žiadosť.

Výsledky a diskusia

V tejto štúdii sa zameriavame na charakterizáciu hydratáciou indukovaných zmien molekulárnej organizácie a dynamiky v keratínových vláknach vo vnútri korneocytov SC pri rôznych podmienkach hydratácie. Tiež skúmame účinky pridania močoviny do mierne dehydratovaných vzoriek SC a korneocytov. Monitorujeme štruktúru a dynamiku v extracelulárnych SC lipidoch v rovnakých vzorkách. Molekulárne zmeny potom korelujú s makroskopickými zmenami v zmysle opuchu SC vody. Skúmali sme systémy intaktných SC a izolovaných korneocytov pri rôznej vodnej aktivite ( a w ), ako je kontrolované RH okolia vzorky ( RH  =  a w  ×  100 %). Merania WAXD poskytujú informácie o molekulárnej organizácii malých štruktúrnych jednotiek v SC lipidoch aj zložkách keratínových filamentov. Výsledky ATR-FTIR poskytujú prehľad o sekundárnej štruktúre proteínov a usporiadaní uhľovodíkov, čo podporuje údaje WAXD. Metóda PT ssNMR je citlivá na prítomnosť malého množstva mobilnej (tekutej) frakcie v komplexnom SC materiáli a poskytuje informácie o molekulovej dynamike v rôznych SC komponentoch s rozlíšením blízkym atómu. Merania sorpcie sa uskutočnili na monitorovanie absorpcie vody v SC a izolovaných korneocytoch pri rôznych RH. Z kombinácie experimentálnych štúdií získame podrobný obraz, ktorý umožňuje prepojenie medzi molekulárnymi vlastnosťami v komponentoch SC a makroskopickými vlastnosťami z hľadiska kapacity SC zadržiavania vody.

Hydratačné účinky na štruktúru keratínového vlákna

WAXD je výkonný nástroj na skúmanie štruktúrneho usporiadania krátkeho dosahu (∼3–15 Å) vo vysokom rozsahu q a môže poskytnúť informácie o sekundárnej štruktúre a vyššej organizácii proteínov v keratínových vláknach, ako aj o zložení lipidového uhľovodíka. reťaze. Priradenie vrcholov WAXD je založené na porovnaní s predtým publikovanými röntgenovými údajmi o SC systémoch pri stálom obsahu vody  –  .

Obrázok 2Aa B znázorňujú WAXD spektrá získané z izolovaných korneocytov a intaktných SC ekvilibrovaných pri rôznych RH. Všetky experimenty boli uskutočnené pri 32 °C, čo predstavuje fyziologickú teplotu kože. Vybrané vzorky boli tiež študované pri teplote miestnosti 25 °C. Údaje WAXD na obr. 2Aukazujú, že suché korneocyty vedú k výraznému vrcholu pri q  = 0, 66 Á −1 , čo zodpovedá rozstupu d 9, 5 Á (obr. 2A, šedá tieňovaná oblasť – a; červená krivka). Tento pík bol predtým pozorovaný pre intaktný SC a bol pripísaný medzireťazcovej vzdialenosti medzi dvoma a-helikálnymi polypeptidmi prepletenými dohromady v stočenom špirálovom diméri v keratínovom vlákne (obr. 1)  –  . Zodpovedajúci pík je tiež detegovaný v spektrách získaných zo suchej vzorky SC (obr. 2B, šedá tieňovaná oblasť – a; červená krivka) v polohe q ~0,65 Á −1 , čo zodpovedá vzdialenosti d – ∼9,6 Á. Keď sa aktivita vody vo vzorkách SC a korneocytov zvýši, tento vrchol sa rozšíri. Pre vodné aktivity nad 0,85 sa poloha tohto vrcholu posúva smerom k nižším hodnotám q , čo naznačuje zvýšenie medzireťazcovej vzdialenosti. Pre plne hydratované vzorky spektrá WAXD naznačujú medzireťazcovú vzdialenosť ~ 10, 7 a 10, 6 Á pre intaktné SC a izolované korneocyty (obr. 2A a B, čierne krivky). Podobné trendy v medzireťazcovej vzdialenosti s meniacou sa RH boli tiež pozorované pri nižšej teplote pri 25 ° C (doplnkový obrázok  S1A a B ). Pri 100 % relatívnej vlhkosti je zrejmý široký vrchol pri ~1,9 Á -1 , čo je spôsobené vodnou parou vo vzorkovej cele, ako je znázornené na doplnkovom obrázku  S1C .

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig2_HTML.jpg

Vzor WAXD izolovaných korneocytov ( A ) a intaktných SC ( B ) hydratovaných a meraných pri 32 °C a pri meniacej sa relatívnej vlhkosti. Rôzne farby v spektrách indikujú rôzne úrovne hydratácie riadené RH v okolí vzorky. Vrcholy v tieňovanej oblasti spektier WAXD (a – keratínová medzireťazcová vzdialenosť) indikujú zmenu polohy q vzhľadom na hydratáciu, zatiaľ čo píky označené v spektrách prerušovanými čiarami (b – α -helix, c – β -list & d – zbalenie lipidového reťazca) nevykazujú žiadnu zmenu s hydratáciou. FTIR spektrá (1000–3500 cm −1 oblasť) SC (zelená) a izolovaných korneocytov (červená) v suchom ( C ) a hydratovanom stave ( D) merané pri 25 °C. Široký vrchol okolo 2500 cm -1 a ostrý vrchol pri -1200 cm -1 v paneli D sú spôsobené príspevkom hydratácie D20 . Vložka ukazuje zväčšený pohľad na pásy pochádzajúce zo sekundárnej štruktúry proteínu v spektrálnej oblasti 1400–1700 cm −1 . Korneocyty v legendách skrátene ako Cor.

Informácie o sekundárnych štruktúrach proteínov možno získať z údajov WAXD a FTIR. WAXD spektrá z intaktných SC odhaľujú rozlíšený pík pri q  = ~ 1, 28 Á -1 (obr. 2B, c – prerušovaná čiara), čo zodpovedá d – rozstupu ∼4,9 Å. Tento vrchol vzniká zo sekundárnej konfigurácie p -listu v keratínových  . Pík β -listu s podobným d – rozstupom sa pozoruje aj v iných systémoch agregovaného proteínu, napríklad amyloidných fibrilách  . V zodpovedajúcich spektrách z izolovaných korneocytov sa tento pík nedá rozlíšiť pre RH < 90 % v dôsledku prítomnosti prekrývajúcich sa širokých píkov v tomto spektrálnom režime (obr. 2A, c – prerušovaná čiara). Poloha píku p -listu sa nemení so zmenami v hydratácii, hoci existuje náznak zvýšenia intenzity píku so zvyšujúcou sa RH. V spektrách z intaktného SC pri RH < 85% je tiež zrejmý malý pík pri q  = ∼1,1 Á -1 , zjavný ako malé rameno na veľkom píku (obr. 2B, b – prerušovaná čiara). Tento vrchol zodpovedá d – rozstupu ~5,4 Á, čo môže byť spôsobené prítomnosťou sekundárnej a -helikálnej konformácie  proteínoch50 . Opäť nedochádza k žiadnej zmene v polohe vrcholu a -helixu s variáciou RH, hoci existuje náznak postupného znižovania intenzity vrcholu pri vyšších úrovniach hydratácie. Pík zodpovedajúci a -helikálnej štruktúre nemožno rozlíšiť v spektrách z izolovaných korneocytov (obr. 2A). Sekundárne štruktúry a -helixu a p -listu sa detegujú aj pre korneocyty a vzorky SC pri 25 °C (doplnkové obrázky  S1A a S2B ).

Interpretácie týkajúce sa proteínových sekundárnych štruktúr sú ďalej podporované FTIR spektrami SC a izolovaných korneocytov v suchom a plne hydratovanom stave znázornenom na obr. 2C a D. Z technických dôvodov sa experimenty uskutočňovali iba pri 25 °C a údaje sa porovnávali s údajmi WAXD pri 25 °C a 32 °C. V spektrálnych pásoch lokalizovaných v oblasti 1400–1700 cm −1 prevažuje absorpcia proteínov. Zložka amidu I (C=O) v spektrách SC a izolovaných korneocytov v suchom stave (obr. 2C) sa pozoruje pri ~1645 cm -1 . Táto hodnota je typická pre a -helikálnu sekundárnu štruktúru v keratínových vláknach  . Po hydratácii sa pozoruje redistribúcia frekvencie pásma amidu I od -1645 do -1633 cm -1 v spojení so slabým ramenom pri -1565 cm -1 v spektrách z intaktných SC a izolovaných korneocytov (obr. 2D). To môže naznačovať prechod na sekundárnu štruktúru β -listu s hydratáciou  –  , čo je tiež v súlade s pozorovanými zmenami v maximálnych intenzitách vo WAXD spektrách (obr. 2A a B). Maximálna intenzita pásu amidu II (NH) v spektrách získaných z intaktných SC a izolovaných korneocytov sa deteguje pri ~1532 cm -1 (obr. 2C), ktorá je o niečo nižšia v porovnaní s typickou frekvenciou pásma ~1550 cm -1 , ktorá bola uvedená  . Údaje FTIR naznačujú prítomnosť štruktúry p -listu v proteíne korneocytov v suchom stave, čím podporujú interpretáciu údajov WAXD (obr. 2B). Keď boli vzorky hydratované v D20 , frekvencia pásma amidu II sa posunie na nižší vlnový počet pri ~ 1446 cm -1 v dôsledku výmeny HD (obr. 2D). Je tiež evidentné rameno pri -1406 cm – 1 , čo opäť naznačuje tvorbu p -listovej štruktúry53 

Nakoniec, spektrá WAXD a FTIR tiež obsahujú informácie o extracelulárnych lipidoch SC. V suchom SC sa pozoruje zreteľný vrchol pri q  = ∼ 1, 5 Á -1 (obr. 2B, d – prerušovaná čiara; červená krivka), čo zodpovedá vzdialenosti ∼4,1 Á. Tento pík je indikátorom hexagonálneho laterálneho usporiadania lipidových uhľovodíkových reťazcov v pevnej lamelárnej lipidovej  . Nie je pozorovaný žiadny ďalší pík pri -3,7 Á, čo naznačuje neprítomnosť ortorombického laterálneho balenia lipidových uhľovodíkových reťazcov, ako bolo predtým pozorované pre ľudský SC, ale nie prasací SC  ,  ,  . Poloha piku lipidov zostáva konštantná pri meniacej sa relatívnej vlhkosti. Tento pík potvrdzuje, že kryštalické balenie lipidov nie je zmenené hydratáciou žiadnym detekovateľným spôsobom. Tento vrchol je tiež pozorovaný v SC pri 25 ° C (doplnkový obrázok  S1B ). Vo WAXD spektre izolovaných korneocytov (obr. 2A), malý pík lipidov sa deteguje pri RH > 90 % (obr. 2A, d – prerušovaná čiara). Intenzita vrcholu pochádzajúceho z lipidových uhľovodíkových reťazcov je oveľa nižšia v spektrách zo vzoriek korneocytov v porovnaní so spektrami z intaktných SC, čo potvrdzuje, že väčšina lipidov bola odstránená v extrakčnom postupe pri izolácii korneocytov.  z lipidov v spektrách izolovaných korneocytov môže naznačovať, že zvyšné lipidy v obale korneocytov vykazujú hexagonálne balenie  alebo že extrakcia nebola úplne úplná a vo vzorke sú prítomné nejaké zvyškové neviazané extracelulárne SC lipidy. . Opäť výsledky získané z WAXD (obr. 2A a Ba doplnkové obrázky  S1A a B ) možno porovnať s meraniami FTIR (obr. 2C a D). Spektrálne pásmo nachádzajúce sa v oblasti 2800 a 3000 cm −1 je charakteristické pre CH 2 napínacie vibrácie uhľovodíkových reťazcov. Frekvencie symetrického a asymetrického rozťahovacieho pásma uhľovodíka CH2 v SC sú pozorované pri 2851 a 2920 cm -1 (obr. 2C a D, zelená)  ,  . Intenzita týchto pásov je drasticky znížená v zodpovedajúcich korneocytových spektrách (obr. 2C a D, červená).

Aby sme zhrnuli výsledky získané z experimentov WAXD, obr. 3Aa B ilustrujú, ako sa d – rozstup (vypočítaný z polohy jednotlivých píkov v q ) pre najvýraznejšie píky mení ako funkcia RH. Z toho sme dospeli k záveru, že medzireťazcová vzdialenosť keratínu je citlivá na zmeny hydratácie pri RH > 85 %, zatiaľ čo vzdialenosť píku pochádzajúca z laterálneho balenia SC lipidov, ako aj štruktúry β-listu v keratínových vláknach nie je ovplyvnená variácie RH. Rovnaké správanie sa ukazuje pre izolované korneocyty aj intaktné SC. Aby sme ďalej skúmali povahu pozorovanej náhlej zmeny v štruktúre keratínového vlákna okolo 85% relatívnej vlhkosti, skúmali sme molekulárnu dynamiku v rôznych aminokyselinových segmentoch v keratínových vláknach pomocou PT ssNMR.

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig3_HTML.jpg

Hodnoty d – rozstupov medzireťazcovej vzdialenosti keratínu pre ( A ), zbalenie lipidového reťazca a sekundárnu štruktúru proteínu ( B ) sú prezentované ako funkcia RH pre korneocyty aj vzorky SC. Hodnoty d boli vypočítané z polôh píkov v q na obr. 2.

Molekulárna mobilita v keratínových vláknach, ako sa zistilo pomocou PT ssNMR

Vplyv hydratácie na molekulárnu dynamiku v rôznych aminokyselinových segmentoch keratínových filamentov bol skúmaný pomocou PT ssNMR na prirodzenú abundanciu 13C . Podrobný popis metódy je uvedený v ref.  . V predchádzajúcich štúdiách bola metóda použitá na intaktnom SC, čo ukazuje, že všetky aminokyseliny v keratínových vláknach sú v suchých podmienkach tuhé, zatiaľ čo zvyšky Ser a Gly v koncových segmentoch keratínového proteínu sa stávajú mobilnými pri vyššej RH . Tu systematicky skúmame tento rigidno-mobilný prechod pri meniacej sa RH vo vzorkách zložených buď z izolovaných korneocytov, alebo z intaktných SC. Metóda PT ssNMR zahŕňa experimenty DP, CP a INEPT. DP sa používa ako referenčné spektrum, pretože predstavuje rezonancie všetkých uhlíkov vo vzorke. Experimenty CP a INEPT zahŕňajú prenos polarizácie z jadier 1H na susedné jadrá 13C , hoci sa spoliehajú na rôzne mechanizmy prenosu. Schéma CP zahŕňa prenos polarizácie priestorom prostredníctvom dipolárnych väzieb a bežne sa používa na zosilnenie signálu v pevnom stave  . Pre INEPT dochádza k prenosu polarizácie prostredníctvom kovalentných väzieb cez skalárne väzby a je účinný pri zosilňovaní signálov v kvapalnom stave NMR . Veľkosť signálu CP a INEPT pre konkrétny segment sa môže meniť v závislosti od času rotačnej korelácie ( τ c ) a parametra poradia väzby 13C − 1H ( SCH ). SCH a τc kvantifikujú anizotropiu a rýchlosť pohybu CH . Schematický model toho, ako signál CP a INEPT závisí od τc a SCH , je uvedený na doplnkovom obrázku  S2 . Ako je podrobne vysvetlené v ref.  , CP selektívne zvyšuje signály pre pomalé alebo anizotropné segmenty, zatiaľ čo INEPT to robí pre rýchle a izotropné segmenty. Signál CP je neefektívny pre rýchlu izotropnú reorientáciu, zatiaľ čo INEPT nemá signál pre pomalý pohyb. Porovnaním signálov CP a INEPT s ohľadom na signály DP možno získať atómovo rozlíšené informácie o štruktúre a dynamike rôznych molekulárnych segmentov vzorky, ktoré možno opísať z hľadiska mobility a rigidity. Molekulárny segment môžeme definovať ako „tuhý“, keď sa deteguje iba signál CP, zatiaľ čo signál z INEPT môže definovať molekulárny segment ako „mobilný“. Vzhľadom na nelineárnu odozvu signálov CP a INEPT vzhľadom na zmeny v molekulárnych pohyboch a anizotropii (obr. S2) nie je možné metódu PT ssNMR použiť na priamu kvantifikáciu mobilnej látky na pevnú látku.13 C frakcie pre určité segmenty  .

PT ssNMR spektrá z korneocytov pri rôznych RH sú znázornené na obr. 4. Prevládajúci široký signál CP (modrý) existuje vo všetkých spektrách znamená, že väčšina všetkých uhlíkových molekulárnych segmentov prítomných vo vzorkách je rigidná za všetkých skúmaných podmienok (obr. 4). Pri 80% relatívnej vlhkosti nedostatok signálu INEPT (červený) znamená, že v žiadnych aminokyselinách nie je žiadna stopa mobilných uhlíkov (obr. 4). NMR spektrá získané pri 80% RH skutočne vyzerajú podobne ako u suchých korneocytov (doplnkový obrázok  S3A ) a neprítomnosť signálu INEPT naznačuje úplne rigidnú štruktúru. Pri 85 % relatívnej vlhkosti sa deteguje malý signál INEPT pri chemických posunoch zodpovedajúcich aminokyselinám serín (Ser Ca a Ser C p pri -57 a 62 ppm) a glycínu (Gly Ca pri -44 ppm) (obr. . 4). Tieto aminokyselinové zvyšky sú hojne prítomné na vyčnievajúcich zakončeniach keratínových  . Pohyblivosť v týchto segmentoch sa postupne zvyšuje, keď sa RH ďalej zvyšuje. Pri 90 % relatívnej vlhkosti bola tiež pozorovaná ďalšia mobilita pre Leu Cp a /alebo Lys Ce ( -41 ppm). Aminokyselinové zvyšky Leu a Lys sú vysoko obohatené v špirálovom jadre keratínových  . Podobné správanie sa pozorovalo aj pre aminokyseliny Ser, Gly, Leu a Lys v keratíne vo vzorkách intaktného SC pri meniacej sa RH (doplnkový obrázok  S3B a odkaz  ). Vzorky suchého intaktného SC obsahujú nepatrnú frakciu mobilných segmentov nachádzajúcich sa na konci lipidových acylových reťazcov (ωCH 3pri -14,6 ppm a (ω – 1)CH2 pri -23,3 ppm) (doplnkový obrázok  S3B ) a táto frakcia mobilných lipidov sa postupne zvyšuje so zvyšujúcou sa  .

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig4_HTML.jpg

PT ssNMR 13C MAS spektrá (DP; sivá, CP; modrá a INEPT; červená) vzoriek korneocytov hydratovaných pri rôznych RH a meraných pri 32 °C. V spektrách INEPT sú viditeľné rezonančné línie zo zvyškov aminokyselín Ser a Gly v presahujúcich keratínových koncových reťazcoch. Intenzita INEPT z týchto zvyškov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa RH.

Močovina môže zachovať hydratované štruktúry pri zníženej RH

Na liečbu suchých stavov kože je bežné aplikovať prípravok na starostlivosť o pokožku obsahujúci malé polárne molekuly nazývané zvlhčovadlá, napríklad močovinu alebo glycerol. Tu skúmame účinok močoviny na korneocyty a SC pri podmienkach 80% RH (obr. 5A a B). Pridanie 20 % hmotn. močoviny k izolovaným korneocytom vedie k posunu píku zodpovedajúceho keratínovej medzireťazcovej vzdialenosti z q  = 0,65 Á −1 vo vzorke bez močoviny na q  = 0,62 Á −1 vo vzorke s 20 hmotn. % močoviny, čo zodpovedá zmene d – rozstupov z 9,5 na 10,1 Å (obr. 5A, zelená krivka). Podobný posun z 9, 6 na 10, 2 Á bol pozorovaný pre vzorky neporušeného SC za zodpovedajúcich podmienok (obr. 5B). Ďalšie zvýšenie koncentrácie močoviny na 30 % hmotn. nevedie k ďalšiemu zvýšeniu medzireťazcovej vzdialenosti keratínu, hoci intenzita zo sekundárnej štruktúry proteínu sa zdá byť znížená pri vyššej koncentrácii močoviny (obr. 5A a B). Balenie lipidového reťazca v SC (obr. 5B) nie je ovplyvnené pridaním močoviny, pretože poloha píku pri -1,5 Á -1 zostáva nezmenená vo všetkých spektrách. Výsledky môžu súvisieť s predchádzajúcimi zisteniami rovnakých systémov s použitím PT ssNMR, čo ukazuje, že pridanie 20 % hmotn. močoviny k izolovaným SC alebo izolovaným korneocytom pri 80 % relatívnej vlhkosti vedie k podobným NMR spektrom ako SC alebo korneocyty bez pridanej zlúčeniny pri 96 % RH . Inými slovami, medzireťazcová vzdialenosť a molekulárna mobilita v koncových segmentoch keratínových filamentov reagujú podobným spôsobom na zvýšenie RH a na pridanie močoviny pri konštantnej (zníženej) RH. Pozorované účinky možno vysvetliť skutočnosťou, že polárne zvlhčujúce zlúčeniny, ako je močovina, majú nízky tlak pár, a preto zostávajú v SC aj pri zníženej RH, keď sa voda odparuje. Týmto spôsobom môže močovina nahradiť vodu pri dehydratácii takým spôsobom, že vlastnosti systému zostanú do značnej miery nezmenené v porovnaní s hydratovanejším  . Toto je dôležitá úloha NMF v SC a môže to súvisieť s účinkami osmolytov v iných biologických systémoch pod osmotickým stresom.

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig5_HTML.jpg

Vzor WAXD korneocytov ( A ) a SC ( B ) hydratovaných pri 80 % relatívnej vlhkosti s prídavkom 20 a 30 % hmotn. močoviny. Rôzne spektrá sú farebne odlíšené, ako je popísané v legende obrázku. Všetky merania sa uskutočňovali pri 32 °C.

Vzťah medzi absorpciou vody, štruktúrou a molekulárnou mobilitou

Pozorované zmeny v molekulárnych vlastnostiach keratínových filamentov s variáciami v RH majú vplyv na makroskopické vlastnosti korneocytov a môžu ovplyvniť materiálové vlastnosti a schopnosť zadržiavať vodu intaktného SC. Tu sa zameriavame na koreláciu vyššie opísaných molekulárnych zmien s absorpciou vody v korneocytoch a intaktnom SC pri meniacej sa RH. Izotermy sorpcie vody izolovaných korneocytov a intaktných SC sú znázornené na obr. 6A a B(červené krivky). Izotermy poskytujú vzťah medzi obsahom vody (vyjadreným v hmotnostných percentách vzhľadom na suchú vzorku) a RH okolitej parnej fázy. Sorpčné izotermy (obr. 6A a B) vykazujú malú a postupnú absorpciu vody vo veľkom rozsahu RH v rozsahu od 0 do cca. 85 %. Pri vyššej relatívnej vlhkosti sa sorpčné izotermy stávajú strmšími, čo naznačuje, že malá zmena relatívnej vlhkosti vedie k veľkej absorpcii vody vo vzorkách. Sorpčná izoterma intaktného SC sa veľmi podobá izoterme izolovaných korneocytov, hoci absorpcia vody je o niečo vyššia vo vzorke intaktného SC pri vyššej RH.

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig6_HTML.jpg

Merania sorpcie uskutočnené pri 32 °C vyjadrené v obsahu vody, % hmotn. (ľavá os y) a d – rozstup keratínu (pravá os y) sú vynesené ako funkcia RH pre korneocyty ( A ) a SC ( B ). Modrá šrafovaná oblasť indikuje prítomnosť CP signálov z pevných segmentov, čo je detekované pre všetky hodnoty RH. Červená šrafovaná oblasť naznačuje, že signál INEPT bol detegovaný pre aminokyselinové zvyšky Ser a Gly keratínu, čo naznačuje mobilitu v týchto segmentoch. Gradient v červenom tieňovaní naznačuje postupnú zmenu signálu INEPT zodpovedajúcu zvyšujúcej sa molekulárnej mobilite. ( C) Hodnoty modulu pružnosti (pravá os y) a predĺženia medze klzu (ľavá os y) boli vypočítané pri rôznych RH pre prasaciu a ľudskú kožu na základe údajov z literatúry uvedených v odkazoch  a  .

Na obr. 6A a B, sorpčné izotermy sú vynesené spolu s údajmi pre keratínové medzireťazcové d – vzdialenosti získané z meraní WAXD (zelené krivky). Farebný kód na obrázkoch ilustruje zmeny v molekulárnej mobilite v Ser a Gly zvyškoch získaných z PT ssNMR pri meniacej sa RH, kde modrá znamená neprítomnosť signálu INEPT a postupná zmena červenej farby ilustruje zvýšenú molekulárnu mobilitu v týchto segmentoch. Pri porovnaní týchto sorpčných izoterm, keratínových d – rozstupov a PT ssNMR údajov na obr. 6A a Bje potrebné poznamenať, že začiatok vysokej absorpcie vody sa zhoduje s RH, kde sme detegovali zvýšenie medzireťazcovej vzdialenosti v keratínovom vlákne, ako aj indukovanú mobilitu vo vyčnievajúcich koncových segmentoch keratínových vlákien. Pri porovnaní s údajmi z literatúry sú elastické vlastnosti prasacích a ľudských SC pri meniacej sa RH (obr. 6C) tiež vykazujú odozvu na variácie RH, s náhlymi zmenami vlastností okolo 75 až  %  . Celkovo tieto pozorovania ilustrujú prahovú úroveň hydratácie spojenú s molekulárnymi zmenami v zmysle štruktúry a molekulárnej dynamiky v keratínovom vlákne. Pozorované molekulárne zmeny sa zhodujú aj so zmenami mechanických vlastností SC. Prahová hranica leží okolo 85 % RH pre intaktné SC aj izolované korneocyty. Hydratáciou vyvolaný krehký až tvárny prechod v SC bol predtým spojený s hydratáciou indukovaným skleným prechodom v molekulách keratínu . Pokiaľ je nám známe, neexistuje žiadna štúdia v literatúre, ktorá by uvádzala presné určenie toho, ako sa mení teplota skleného prechodu s hydratáciou SC keratínu. Avšak pre vlasový aj vlnený keratín bolo preukázané, že po hydratácii sa teplota skleného prechodu dramaticky znížila  ,  , čo naznačuje možnosť prechodu vyvolaného hydratáciou pri fyziologických teplotách. Vo všeobecnosti môže zvýšenie aktivity vody viesť k fázovým prechodom, ktoré sú analogické teplotným prechodom pre mnohé samostatne zostavené systémy zložené napríklad z proteínov, lipidov a povrchovo aktívnych látok  ,  –  .

Ukázalo sa tiež, že pridanie močoviny v mierne dehydratovaných podmienkach ovplyvňuje makroskopické vlastnosti SC. Už skôr bolo hlásené, že močovina ovplyvňuje príjem  v  . V skutočnosti sa ukázalo, že celkový obsah polárneho rozpúšťadla vo vzorke SC ošetrenej močovinou pri 80 % RH sa približuje obsahu vody v SC pri 97 % RH65, čo opäť vykazuje  odozvu vo vlastnostiach SC na zvýšenú hydratáciu zmenou RH a pridanie močoviny pri konštantnej (redukovanej) RH. Prahová RH, kde bola SC charakterizovaná nízkym modulom pružnosti, sa tiež posúva na nižšiu RH v prítomnosti močoviny . Celkovo tieto príklady ilustrujú, že pridanie močoviny k SC pri zníženej RH vedie k podobným molekulárnym a makroskopickým reakciám ako zvýšenie RH pre SC bez močoviny. Tieto zistenia poskytujú nový molekulárny pohľad na to, ako malé polárne molekuly v NMF a prípravkoch na starostlivosť o pleť pôsobia na ochranu pokožky pred vysušením. Vo väčšine praktických situácií nemožno distribúciu vody, NMF a pridaných molekúl v SC považovať  . Horná vrstva kože má vo všeobecnosti najnižšiu vodnú aktivitu, zatiaľ čo hlbšie vrstvy sú blízke fyziologickej vodnej aktivite (zodpovedá 99,6 % RH).

Kreslené znázornenie našej interpretácie hydratačného účinku na keratínové vlákno je uvedené na obr. 7. Modré keratínové jadro s vyčnievajúcimi zakončeniami v suchom stave svedčí o rigidných segmentoch prítomných vo všetkých aminokyselinách. Keratínové vlákno sa javí prakticky necitlivé na zmeny hydratácie až do cca. < 85 % relatívnej vlhkosti. Pri vyšších hodnotách RH sa terminálne segmenty vo vyčnievajúcich reťazcoch v keratínových vláknach stávajú mobilnými, čo tiež ovplyvňuje usporiadanie reťazcov v prepletených peptidových segmentoch (obr. 7, správny). Aminokyseliny v jadre keratínového vlákna zostávajú tuhé za všetkých podmienok hydratácie. Koncové segmenty v keratínových vláknach vyčnievajú z pevnej tyčinkovej štruktúry. Koncové segmenty v kontakte s okolitým rozpúšťadlom sú časťou keratínového vlákna, ktorá je najľahšie ovplyvnená zmenami v hydratácii alebo pridaním zvlhčovadiel. Hydratáciou indukované pohyblivé vyčnievajúce segmenty na tuhých keratínových vláknach možno prirovnať k flexibilným polymérnym kefám používaným na stabilizáciu napríklad koloidov  . Keď sa polymérové ​​kefy na rôznych časticiach priblížia k sebe, dôjde k zníženiu konfiguračnej voľnosti pružných reťazcov, čo generuje odpudzujúcu silu entropického pôvodu . V suchom stave pri nižších hodnotách RH sú koncové reťazce v keratínovom vlákne tuhé, tvoria zrútenú štruktúru a odpudivá sila medzi keratínovými tyčinkami je relatívne krátkeho dosahu. V dôsledku toho v týchto podmienkach dochádza len k miernemu opuchu korneocytov naplnených keratínom. Pri vyšších hodnotách RH alebo v prítomnosti močoviny dochádza ku konformačnej zmene v koncových segmentoch, aby sa vytvorili flexibilnejšie a pohyblivejšie štruktúry – podobné rozšíreným polymérnym kefám – čo vedie k ďalekosiahlejšiemu odpudzovaniu a opuchu korneocytov. Táto konformačná zmena je tiež v súlade s nedávnym modelovaním interakcií medzi keratínovým vláknom v prítomnosti iónov alebo zlúčenín NMF . Štrukturálne zmeny v keratíne môžu vysvetliť súčasné pozorovania, že medzireťazcová vzdialenosť a absorpcia vody sa zvyšujú v podmienkach blízkych prahovej RH, kde sa terminálne segmenty stávajú mobilnými. Analógia k polymérovým kefám na medziľahlých keratínových vláknach bola už predtým vytvorená aj pre priľahlé koncové oblasti v štruktúrnej zostave  ,  neurofilamentov . Táto štúdia môže preto poskytnúť aj nový pohľad na všeobecnejší problém, ako sa stredné vlákno organizuje v reakcii na zmeny v okolitých podmienkach73 

Externý súbor, ktorý obsahuje obrázok, ilustráciu atď. Názov objektu je 41598_2017_15921_Fig7_HTML.jpg

Schematické nákresy keratínového vlákna (vľavo) a zväčšenej časti keratínového vlákna zobrazujúce stočený špirálový dimér prítomný v jadre keratínového vlákna (vpravo) pri meniacej sa relatívnej vlhkosti. Modré keratínové jadro s terminálmi pripojenými k špirálovej cievke indikuje pevnú formu všetkých aminokyselinových segmentov za sucha aj pri 80 % relatívnej vlhkosti. Červené koncovky pripojené ku špirálovej cievke keratínového jadra znamenajú pohyblivosť vo vyčnievajúcich koncovkách pri 100 % relatívnej vlhkosti alebo po pridaní močoviny pri konštantnej relatívnej vlhkosti (tu pri 80 % relatívnej vlhkosti). Šípka v špirálovom diméri označuje medzireťazcovú vzdialenosť medzi dvoma a -helikálnymi polypeptidovými reťazcami (pozri obr. 1), čo ukazuje, že hydratácia vedie k zvýšeniu medzireťazcovej vzdialenosti pri prechode zo suchého stavu na 100% RH.

Závery

V tejto štúdii skúmame súhru medzi molekulárnymi a makroskopickými vlastnosťami SC a ako sa to mení s podmienkami hydratácie. Tiež skúmame účinok močoviny zlúčeniny NMF na molekulárne zmeny SC pri zníženej hydratácii. Používame komplementárne experimentálne techniky na charakterizáciu molekulárnej organizácie a dynamiky, ako aj absorpcie vody v intaktných SC a izolovaných korneocytoch. Hlavné závery sú:

  • Na molekulárnej úrovni existuje korelácia medzi zmenami medzireťazcovej vzdialenosti keratínových medziľahlých filamentov a molekulárnou dynamikou v aminokyselinových zvyškoch Gly a Ser v ich vyčnievajúcich koncových segmentoch. Pri relatívnej vlhkosti nad prahovým limitom 85 % relatívnej vlhkosti je odozva v štruktúre aj dynamike, zatiaľ čo pri nižšej relatívnej vlhkosti nie sú viditeľné žiadne zmeny. Rovnaké závery sa robia pre intaktné SC a izolované korneocyty.
  • Na makroskopickej úrovni zisťujeme odozvu v absorpcii vody na zmeny RH pre RH > 85 %, zatiaľ čo profil napučiavania je pri nižších RH skôr plytký. Porovnania s predchádzajúcimi štúdiami mechanických vlastností SC tiež naznačujú prudké zmeny vlastností SC materiálu okolo podobných prahových hodnôt RH.
  • Existuje korelácia medzi molekulárnymi a makroskopickými vlastnosťami vzhľadom na hydratáciu, kde sa náhle zmeny v organizácii a dynamike molekuly SC zhodujú so zmenami makroskopických bobtnavých vlastností SC. Flexibilné koncovky na pevných keratínových vláknach možno prirovnať k flexibilným polymérovým kefám, ktoré vytvárajú odpudzovanie na veľké vzdialenosti a rozsiahle napučiavanie vo vode.
  • Pridanie NMF zlúčeniny močoviny k SC pri zníženej RH viedlo k podobným molekulárnym a makroskopickým reakciám ako zvýšenie RH pre SC bez močoviny. Rovnaké závery sa robia pre intaktné SC a izolované korneocyty. Tieto zistenia poskytujú nový molekulárny pohľad na to, ako malé polárne molekuly v NMF a prípravkoch na starostlivosť o pleť pôsobia na ochranu pokožky pred vysušením.

 

 

Elektronický doplnkový materiál

 

Poďakovanie

Radi by sme poďakovali Jenny Anderssonovej za jej užitočný návrh pri extrakcii korneocytov, Göranovi Carlströmovi za pomoc počas experimentov NMR a Ingemarovi Andrému za pomoc pri meraniach FTIR. Ďakujeme aj Yegorovi Domanovovi, Sebastianovi Björklundovi a Vitalijovi Kocherbitovovi za plodné diskusie. Túto prácu podporila nadácia Bo Rydin a Švédska rada pre výskum prostredníctvom pravidelných grantov a Linnaeus Center of Excellence „Organizing Molecular Matter“. Nadácia Knut a Alice Wallenbergovcov financovala akvizíciu zariadenia SAXD/WAXD.

Autorské príspevky

EHM a ES navrhli výskum; EHM vykonala výskumné experimenty; EHM, QDP, DT a ES analyzovali experimentálne údaje; EHM, QDP, DT a ES napísali a skontrolovali rukopis.

Poznámky

Konkurenčné záujmy

Autori vyhlasujú, že nemajú žiadne konkurenčné záujmy.

Poznámky pod čiarou

Elektronický doplnkový materiál

Doplňujúce informácie sú priložené k tomuto dokumentu na čísle 10.1038/s41598-017-15921-5.

 

Poznámka vydavateľa: Springer Nature zostáva neutrálny, pokiaľ ide o jurisdikčné nároky v publikovaných mapách a inštitucionálnych pridruženiach.

 

Informácie o prispievateľovi

Enamul Haque Mojumdar, [email protected] .

Emma Sparr, [email protected] .

Referencie

1. Scheuplein RJ, Blank IH. Priepustnosť pokožky. Physiol. 1971 ; 51 :702-747. [ PubMed ] [  ]
2. Madison KC. Bariérová funkcia kože: „la raison d’etre“ epidermis. J. Invest. Dermatol. 2003; 121 :231-241. doi: 10.1046/j.1523-1747.2003.12359.x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
3. Åberg C, Wennerström H, Sparr E. Transportné procesy v reagujúcich lipidových membránach: možný mechanizmus pre gradient pH v stratum corneum. Langmuir. 2008; 24 :8061-8070. doi: 10.1021/la800543r. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
4. Blank IH, Moloney J, Emslie AG, Simon I, Apt C. Difúzia vody cez stratum corneum ako funkcia obsahu vody v nej. J. Invest. Dermatol. 1984; 82 :188-194. doi: 10.1111/1523-1747.ep12259835. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
5. Alonso A, Meirelles NC, Yushmanov VE, Tabak M. Voda zvyšuje tekutosť medzibunkových membrán stratum corneum: korelácia s priepustnosťou vody, elastickými vlastnosťami a vlastnosťami elektrického odporu. J. Invest. Dermatol. 1996; 106 :1058-1063. doi: 10.1111/1523-1747.ep12338682. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
6. Holbrook KA, Odland GF. Regionálne rozdiely v hrúbke (bunkových vrstvách) ľudskej stratum corneum: ultraštrukturálna analýza. J. Invest. Dermatol. 1974; 62 :415-422. doi: 10.1111/1523-1747.ep12701670. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
7. Simonetti O, a kol. Vizualizácia difúznych dráh cez stratum corneum natívnej a in-vitro -rekonštruovanej epidermis pomocou konfokálnej laserovej skenovacej mikroskopie. Arch. Dermatol. Res. 1995; 287 :465-473. doi: 10.1007/BF00373430. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
8. Popescu C, Hocker H. Hair-najsofistikovanejší biologický kompozitný materiál. Chem. Soc. Rev. 2007; 36 :1282-1291. doi: 10.1039/b604537p. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
9. Steinert PM. Štruktúra, funkcia a dynamika keratínových intermediárnych filamentov. J. Invest. Dermatol. 1993; 100 :729-734. doi: 10.1111/1523-1747.ep12475665. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
10. Fuchs E, Cleveland DW. Štrukturálne lešenie intermediárnych filamentov v zdraví a chorobe. Veda. 1998; 279 :514. doi: 10.1126/science.279.5350.514. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
11. Candi E, Schmidt R, Melino G. Zrohovatený obal: model bunkovej smrti v koži. Nat. Mol. Bunka. Biol. 2005; 6 :328-340. doi: 10.1038/nrm1619. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
12. Janmey PA, Leterrier JF, Herrmann H. Zostava a štruktúra neurofilamentov. Curr. Opin. Koloidné rozhranie Sci. 2003; 8 :40–47. doi: 10.1016/S1359-0294(03)00010-4. [ CrossRef ] [  ]
13. Xiao S, McLean J, Robertson J. Neuronálne intermediárne vlákna a ALS: Nový pohľad na starú otázku. Biochim. Biophys. Acta, Mol. Basis Dis. 2006; 1762 :1001–1012. doi: 10.1016/j.bbadis.2006.09.003. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
14. Panoš LR. Encyklopédia neurovedy. Academic Press Limited, 32 Jamestown Road, Londýn NW1 7BY, Spojené kráľovstvo. 2009; 1 :433-436. [  ]
15. Eliáš PM. Epidermálne lipidy, bariérová funkcia a deskvamácia. J. Invest. Dermatol. 1983; 80 (Suppl):44s–49s. doi: 10.1038/jid.1983.12. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
16. Bommannan D, Potts RO, Guy RH. Vyšetrenie bariérovej funkcie stratum corneum in vivo infračervenou spektroskopiou. J. Invest. Dermatol. 1990; 95 :403-408. doi: 10.1111/1523-1747.ep12555503. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
17. Boncheva M, Damien F, Normand V. Molekulárna organizácia lipidovej matrice v intaktnom Stratum corneum pomocou ATR-FTIR spektroskopie. Biochim. Biophys. Acta. 2008; 1778 :1344–1355. doi: 10.1016/j.bbam.2008.01.022. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
18. Bouwstra JA, Gooris GS, van der Spek JA, Bras W. Štrukturálne výskumy ľudskej stratum corneum pomocou rozptylu röntgenového žiarenia v malom uhle. J. Invest. Dermatol. 1991; 97 :1005-1012. doi: 10.1111/1523-1747.ep12492217. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
19. Pham QD, Topgaard D, Sparr E. Sledovanie rozpúšťadiel v koži pomocou atómovo rozlíšených meraní molekulárnej mobility v intaktnom stratum corneum. Proc. Natl. Akad. Sci. 2017; 114 :E112–E121. doi: 10.1073/pnas.1608739114. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
20. Schaefer, H. & Redelmeier, TE Štruktúra a dynamika kožnej bariéry. V kožnej bariére: Princípy perkutánnej absorpcie . Krager 1–42 (1996).
21. Bouwstra JA, et al. Distribúcia vody a súvisiaca morfológia v ľudskom stratum corneum pri rôznych úrovniach hydratácie. J. Invest. Dermatol. 2003; 120 :750-758. doi: 10.1046/j.1523-1747.2003.12128.x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
22. Richter T, Müller JH, Schwarz UD, Wepf R, Wiesendanger R. Skúmanie opuchu ľudských kožných buniek v tekutých médiách pomocou rastrovacej silovej mikroskopie v režime poklepania. Appl. Phys. A. 2001; 72 :S125-S128. doi: 10.1007/s003390100750. [ CrossRef ] [  ]
23. Norlen L, Emilson A, Forslind B. Stratum corneum opuch. Biofyzikálne a počítačom podporované kvantitatívne hodnotenia. Arch. Dermatol. Res. 1997; 289 :506-513. [ PubMed ] [  ]
24. Bjorklund S, Nowacka A, Bouwstra JA, Sparr E, Topgaard D. Charakterizácia molekulárnej dynamiky stratum corneum pomocou prirodzeného množstva (1) (3)C NMR v tuhom stave. PLoS One. 2013; 8 :e61889. doi: 10.1371/journal.pone.0061889. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
25. Gay CL, Guy RH, Golden GM, Mak VHW, Francoeur ML. Charakterizácia nízkoteplotných (tj <65 °C) lipidových prechodov v ľudskom stratum corneum. J. Invest. Dermatol. 1994; 103 :233-239. doi: 10.1111/1523-1747.ep12393214. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
26. Bjorklund S, Engblom J, Thuresson K, Sparr E. Vodný gradient možno použiť na reguláciu transportu liečiva cez kožu. J. Control Release. 2010; 143 :191-200. doi: 10.1016/j.jconrel.2010.01.005. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
27. Carruthers A, Melchior DL. Štúdium vzťahu medzi priepustnosťou dvojvrstvovej vody a fyzikálnym stavom dvojvrstvy. Biochémia. 1983; 22 :5797-5807. doi: 10.1021/bi00294a018. [ CrossRef ] [  ]
28. Tanner T, Marks R. Podávanie liekov transdermálnou cestou: prehľad a komentár. Koža. Res. Technol. 2008; 14 :249-260. doi: 10.1111/j.1600-0846.2008.00316.x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
29. Zhai H, Maibach HI. Účinky oklúzie kože na perkutánnu absorpciu: prehľad. Skin Pharmacol. Appl. Physiol. 2001; 14 :1–10. doi: 10.1159/000056328. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
30. Sparr E, a kol. Kontrola hydratácie pokožky aplikáciou okluzívnych bariérových krémov. Rozhranie JR Soc. 2013; 10 :20120788. doi: 10.1098/rsif.2012.0788. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
31. Van Duzee BF. Vplyv obsahu vody, chemického spracovania a teploty na reologické vlastnosti stratum corneum. J. Invest. Dermatol. 1978; 71 :140-144. doi: 10.1111/1523-1747.ep12546836. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
32. Wildnauer RH, Bothwell JW, Douglass AB. Biomechanické vlastnosti stratum corneum I. vplyv relatívnej vlhkosti na normálnu a extrahovanú ľudskú stratum corneum. J. Invest. Dermatol. 1971; 56 :72-78. doi: 10.1111/1523-1747.ep12292018. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
33. Blank IH. Faktory, ktoré ovplyvňujú obsah vody v stratum corneum. J. Invest. Dermatol. 1952; 18 :433-440. doi: 10.1038/jid.1952.52. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
34. Papir YS, Hsu K, Wildnauer RH. Mechanické vlastnosti stratum corneum. Biochim. Biophys. Acta. 1975; 399 :170-180. doi: 10.1016/0304-4165(75)90223-8. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
35. Christensen MS, Hargens CW, III, Nacht S, Gans EH. Viskoelastické vlastnosti neporušenej ľudskej kože: prístrojové vybavenie, hydratačné účinky a príspevok stratum corneum. J. Invest. Dermatol. 1977; 69 :282-286. doi: 10.1111/1523-1747.ep12507500. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
36. Park A, Baddiel C. Reológia stratum corneum-I: Molekulárna interpretácia krivky napätie-deformácia. J. Soc. Kozmetika. Chem. 1972; 23 :3–12. [  ]
37. Bjorklund S, a kol. Molekulárna mobilita stratum corneum v prítomnosti prírodných zvlhčovačov. Mäkká hmota. 2014; 10 :4535-4546. doi: 10.1039/C4SM00137K. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
38. Nowacka A, Mohr PC, Norrman J, Martin RW, Topgaard D. Polarizačný prenos v tuhom stave NMR na štúdium fázového správania povrchovo aktívnej látky. Langmuir. 2010; 26 :16848-16856. doi: 10.1021/la102935t. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
39. Wertz PW, Downing DT. Kovalentne viazaný omega-hydroxyacylsfingozín v stratum corneum. Biochim. Biophys. Acta. 1987; 917 :108-111. doi: 10.1016/0005-2760(87)90290-6. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
40. Bjorklund S, a kol. Vlastnosti elektrickej impedancie kožnej membrány pod vplyvom meniaceho sa gradientu vody. Biophys. J. 2013; 104 :2639-2650. doi: 10.1016/j.bpj.2013.05.008. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
41. Pines A, Gibby MG, Waugh JS. Protónom zosilnená jadrová indukčná spektroskopia. Metóda NMR s vysokým rozlíšením zriedených spinov v pevných látkach. J. Chem. Phys. 1972; 56 :1776-1777. doi: 10.1063/1.1677439. [ CrossRef ] [  ]
42. Morris GA, Freeman R. Zosilnenie signálov nukleárnej magnetickej rezonancie polarizačným prenosom. J. Am. Chem. Soc. 1979; 101 :760-762. doi: 10.1021/ja00497a058. [ CrossRef ] [  ]
43. Van Geet AL. Kalibrácia metanolového nukleárneho magnetického rezonančného teplomera pri nízkej teplote. Anal. Chem. 1970; 42 :679-680. doi: 10.1021/ac60288a022. [ CrossRef ] [  ]
44. Bennett AE, Rienstra CM, Auger M, Lakshmi KV, Griffin RG. Heteronukleárne oddelenie v rotujúcich pevných látkach. J. Chem. Phys. 1995; 103 :6951-6958. doi: 10.1063/1.470372. [ CrossRef ] [  ]
45. Chen L, Weng Z, Goh L, Garland M. Efektívny algoritmus na automatickú fázovú korekciu NMR spektier založený na minimalizácii entropie. J. Magn. Reson. 2002; 158 :164-168. doi: 10.1016/S1090-7807(02)00069-1. [ CrossRef ] [  ]
46. ​​van Beek JD matNMR: Flexibilná súprava nástrojov na spracovanie, analýzu a vizualizáciu dát magnetickej rezonancie v Matlab® J. Magn. Reson. 2007; 187 :19–26. doi: 10.1016/j.jmr.2007.03.017. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
47. Nakazawa H, Ohta N, Hatta I. Možný mechanizmus regulácie obsahu vody v ľudskom stratum corneum prostredníctvom medzibunkovej lipidovej matrice. Chem. Phys. Lipidy. 2012; 165 :238-243. doi: 10.1016/j.chemphyslip.2012.01.002. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
48. Doucet J, Potter A, Baltenneck C, Domanov YA. Hodnotenie organizácie molekulárnych lipidov v ľudskom stratum corneum pomocou mikrosondovej röntgenovej difrakcie. J. Lipid. Res. 2014; 55 :2380-2388. doi: 10.1194/jlr.M053389. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
49. Bouwstra JA, Gooris GS, Bras W, Downing DT. Organizácia lipidov v stratum corneum ošípaných. J. Lipid Res. 1995; 36 :685-695. [ PubMed ] [  ]
50. Kreplak L, Doucet J, Dumas P, Briki F. Nové aspekty prechodu z alfa-helixu na beta-list v natiahnutých tvrdých alfa-keratínových vláknach. Biophys. J. 2004; 87 :640-647. doi: 10.1529/biophysj.103.036749. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
51. Rodriguez JA, a kol. Štruktúra toxického jadra [agr]-synukleínu z neviditeľných kryštálov. Príroda. 2015; 525 :486-490. doi: 10.1038/povaha15368. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
52. Zhang G, Moore DJ, Flach ČR, Mendelsohn R. Vibračná mikroskopia a zobrazovanie kože: od jednotlivých buniek po neporušené tkanivo. Anal. Bioanal. Chem. 2007; 387 :1591-1599. doi: 10.1007/s00216-006-0852-0. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
53. Oertel RP. Proteínové konformačné zmeny vyvolané v ľudskom stratum corneum organickými sulfoxidmi: infračervené spektroskopické vyšetrenie. Biopolyméry. 1977; 16 :2329-2345. doi: 10.1002/bip.1977.360161017. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
54. Garidel P. Mid-FTIR-mikrospektroskopia jednotlivých buniek stratum corneum a tkaniva stratum corneum. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002; 4 :5671-5677. doi: 10.1039/b207478h. [ CrossRef ] [  ]
55. Caussin J, Gooris GS, Janssens M, Bouwstra JA. Organizácia lipidov v ľudskom a prasačom stratum corneum sa značne líši, zatiaľ čo lipidové zmesi s prasacími ceramidmi modelujú organizáciu lipidov ľudskej stratum corneum veľmi úzko. Biochim. Biophys. Acta. Biomembr. 2008; 1778 :1472–1482. doi: 10.1016/j.bbam.2008.03.003. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
56. Bouwstra, JA, Gooris GS, Vries MAS-d, van der Spek JA, Bras W. Štruktúra ľudskej stratum corneum ako funkcia teploty a hydratácie: Širokouhlá röntgenová difrakčná štúdia. Int. J. Pharm. 1992; 84 :205-216. doi: 10.1016/0378-5173(92)90158-X. [ CrossRef ] [  ]
57. Moore DJ, Rerek ME, Mendelsohn R. FTIR spektroskopické štúdie konformačného poriadku a fázového správania ceramidov. J. Phys. Chem. B. 1997; 101 :8933-8940. doi: 10.1021/jp9718109. [ CrossRef ] [  ]
58. Nowacka A, Bongartz NA, Ollila OHS, Nylander T, Topgaard D. Intenzity signálov v 1 H– 13 C CP a INEPT MAS NMR tekutých kryštálov. J. Magn. Reson. 2013; 230 :165-175. doi: 10.1016/j.jmr.2013.02.016. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
59. Jinks I, Paul P, Wortmann FJ. Účinky esterifikácie na sklený prechod ľudských vlasov závislý od vlhkosti. Thermochimica Acta. 2015; 614 :33–36. doi: 10.1016/j.tca.2015.06.002. [ CrossRef ] [  ]
60. Katoh K, Shibayama M, Tanabe T, Yamauchi K. Príprava a fyzikálno-chemické vlastnosti lisovaných keratínových filmov. Biomateriály. 2004; 25 :2265-2272. doi: 10.1016/j.biomaterials.2003.09.021. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
61. Markova N, Sparr E, Wadsö L, Wennerström H. Kalorimetrická štúdia hydratácie fosfolipidov. Súčasné sledovanie entalpie a voľnej energie. J. Phys. Chem. B. 2000; 104 :8053-8060. [  ]
62. Björklund S, Kocherbitov V. Hydratáciou indukované fázové prechody v povrchovo aktívnych a lipidových filmoch. Langmuir. 2016; 32 :5223-5232. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b00452. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
63. Znamenskaya Y, Sotres J, Engblom J, Arnebrant T, Kocherbitov V. Vplyv hydratácie na štrukturálne a termodynamické vlastnosti mucínov podčeľustných žliaz ošípaných a hovädzieho dobytka. J. Phys. Chem. B. 2012; 116 :5047-5055. doi: 10.1021/jp212495t. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
64. Wojtasz J, Carlstedt J, Fyhr P, Kocherbitov V. Hydratácia a napučiavanie mikrosfér amorfného zosieťovaného škrobu. Carbohydr Polym. 2016; 135 :225-233. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.08.085. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
65. Alber C, a kol. Účinky vodných gradientov a použitia močoviny na ultraštruktúru kože hodnotené konfokálnou Ramanovou mikrospektroskopiou. Biochim. Biophys. Acta. 2013; 1828 :2470–2478. doi: 10.1016/j.bbam.2013.06.011. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
66. Caspers PJ, Lucassen GW, Carter EA, Bruining HA, Puppels GJ. In vivo konfokálna Ramanova mikrospektroskopia kože: neinvazívne stanovenie profilov molekulovej koncentrácie. J Invest Dermatol. 2001; 116 :434-442. doi: 10.1046/j.1523-1747.2001.01258.x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
67. Sparr E, Wennerstrom H. Reagujúce fosfolipidové membrány – súhra medzi hydratáciou a permeabilitou. Biophys J. 2001; 81 :1014-1028. doi: 10.1016/S0006-3495(01)75759-1. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
68. Israelachvili, J. Intermolecular & povrchové sily, 2. vyd. Academic Press Limited, 24–28 Oval Road, Londýn NW1 7DX kapitola 14 (1991).
69. Evans, DF & Wennerström, H. Koloidná doména: kde sa stretáva fyzika, chémia, biológia a technológia, 2. vydanie. Wiley-VCH: New York Kapitola 5 (1999).
70. Akinshina A, Jambon-Puillet E, Warren PB, Noro MG. Samokonzistentná teória poľa pre interakcie medzi keratínovými strednými vláknami. Biofyzika BMC. 2013; 6:12 . doi: 10.1186/2046-1682-6-12. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
71. Zhulina EB, Leermakers FA. Model polymérovej kefy projekcií neurofilamentov: účinok proteínového zloženia. Biophys J. 2010; 98 :462-469. doi: 10.1016/j.bpj.2009.10.033. [ bezplatný článok PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
72. Kornreich M, Avinery R, ​​Malka-Gibor E, Laser-Azogui A, Beck R. Usporiadanie a porucha v intermediárnych filamentových proteínoch. FEBS Lett. 2015; 589 :2464-2476. doi: 10.1016/j.febslet.2015.07.024. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
73. Beck R, Deek J, Jones JB, Safinya ČR. Gél-expandovaný na gél-kondenzovaný prechod v neurofilamentových sieťach odhalený priamym meraním sily. Nat Mater. 2010; 9 :40–46. doi: 10.1038/nmat2566. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
74. Warner RR, Bush RD, Ruebusch NA. Korneocyty podliehajú systematickým zmenám v koncentráciách prvkov v ľudskej vnútornej stratum corneum. J Invest Dermatol. 1995; 104 :530-536. doi: 10.1111/1523-1747.ep12606037. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
75. Plewig G, Marples RR. Regionálne rozdiely vo veľkostiach buniek v ľudskom stratum corneum. I. J Invest Dermatol. 1970; 54 :13–18. doi: 10.1111/1523-1747.ep12551482. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
Články z vedeckých správ sú tu poskytnuté s láskavým dovolením Nature Publishing Group
Aké sú tvoje pocity?

Powered by BetterDocs