Quantification of the amount of mobile components in intact stratum corneum with natural-abundance 13C solid-state NMR

文献情報

出版日 2020-03-04
DOI 10.1039/D0CP00079E
インパクトファクター 3.676
著者

Göran Carlström, Emma Sparr, Daniel Topgaard


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要旨

The outermost layer of the skin is the stratum corneum (SC), which is mainly comprised of solid proteins and lipids. Minor amounts of mobile proteins and lipids are crucial for the macroscopic properties of the SC, including softness, elasticity and barrier function. Still this minor number of mobile components are not well characterized in terms of structure or amount. Conventional quantitative direct polarization (Q-DP) 13C solid-state NMR gives signal amplitudes proportional to concentrations, but fails to quantify the SC mobile components because of spectral overlap with the overwhelming signals from the solids. Spectral editing with the INEPT scheme suppresses the signals from solids, but also modulates the amplitudes of the mobile components depending on their values of the transverse relaxation times T2, scalar couplings JCH, and number of covalently bound hydrogens nH. This study describes a quantitative INEPT (Q-INEPT) method relying on systematic variation of the INEPT timing variables to estimate T2, JCH, nH, and amplitude for each of the resolved resonances from the mobile components. Q-INEPT is validated with a series of model systems containing molecules with different hydrophobicity and dynamics. For selected systems where Q-DP is applicable, the results of Q-INEPT and Q-DP are similar with respect to the linearity and uncertainty of the obtained molar ratios. Utilizing a reference compound with known concentration, we quantify the concentrations of mobile lipids and proteins within the mainly solid SC. By melting all lipids at high temperature, we obtain the total lipid concentration. These Q-INEPT results are the first steps towards a quantitative understanding of the relations between mobile component concentrations and SC macroscopic properties.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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