Formation et réactivité de l’oxygène singulet photosensibilisé par l’hypéricine dans des liposomes de dipalmitoylphosphatidylcholine. Mise en évidence d’une photooxydation retardée

Laboratoire de Photochimie, Université Joseph Fourier Grenoble, BP 68, 38402 Saint-Martin-d’Hères Cedex, France.

Résumé

L’hypéricine (2,2’-diméthyl-4,4’,5.5’,7.7’-hexahydroxymésonaphtodianthrone) complexée dans des liposomes de dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), sous irradiation continue (559 nm) ou pulsée (308 nm), sensibilise la formation d’oxygène ([math] et ¹Δ_g) avec un rendement quantique d’environ 0,35.

Ce rendement quantique dépend d’un phénomène d’autoextinction du premier état excité singulet de l’hypéricine.

L’observation par spectroscopie-laser de l’oxydation du diphénylisobenzofuranne (DF) utilisé comme cible, a permis notamment de déterminer les durées de vie de O₂ (¹Δ_g) : 40 μs lorsque les liposomes sont préparés dans D₂O et 4 µs dans H₂O.

Nos expériences montrent que l’oxygène (¹Δ_g) formé dans la bicouche lipidique d’un liposome peut réagir avec DF inclus dans la bicouche lipidique d’un autre liposome. Ceci implique que les vésicules de DPPC constituent des agrégats à l’intérieur desquels la distance moyenne entre deux liposomes peut être évaluée à 100 nm environ.

Dans les conditions de nos expériences, la photooxydation de DF est interprétée en faisant intervenir deux processus :

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  une oxydation rapide par O₂ (¹Δ_g) avec une constante de vitesse du deuxième ordre de (0,9 ± 0,2).10⁷ M^-1.s^-1,

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  une oxydation retardée dont la constante de vitesse est (3,3 ± 0,6) 10⁵ M^-1.s^-1.

Abstract

Hypericin (2,2’-dimethyl-4,4’,5.5’.7.7’-hexahydroxymesonaphtodianthrone) incorporated into unilamelar liposomes of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) generates O₂ ([math] and ¹Δ_g) with a quantum yield of ca 0,35 upon photoexcitation at 559 nm or 308 nm as determined by photooxidation experiments using 1,3-diphenylisobenzofuran (DF) as substrate. The quantum yield of photooxidation increases when the concentration of hypericin decreases, due to the self quenching of the first excited singlet state.

The rate parameters for singlet oxygen were monitored by observing the time profile of the bleaching of the reactive substrate. The lifetime of O₂ (¹Δ_g) in D₂O-based suspensions was shown to be 40 μs and 4 μs in H₂O.

Our experiments unequivocally shows that O₂(¹Δ_g) can be formed in the lipid bilayer of one vesicle and react with DF in the lipid bilayer of another.

From the data presented it may be concluded that liposomes of DPPC have the tendency to aggregate, the mean distance between two liposomes would be ca 100 nm (in aggregates of the vesicles).

Under our conditions DF undergoes photooxidation by two mechanisms :

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  a fast oxidation with O₂(¹Δ_g), the bimolecular rate constant being (0,9 ± 0,2).10⁷ M^-1.s^-1.

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  a delayed oxidation with a bimolecular rate constant of (3.3 ± 0,6). 10⁵ M^-1.s^-1. It cannot be excluded that this delayed oxidation is due to a secondary reaction of peroxide primarily formed with the phospholipid and O₂ ([math]).