Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема липосомы, образованной фосфолипидами в водном растворе.
Липосомы представляют собой сложные структуры, состоящие из фосфолипидов и могут содержать небольшие количества других молекул. Хотя липосомы могут варьироваться по размеру от малых микрометров до десятков микрометров, однослойные липосомы, как показано здесь, обычно имеют меньший размер с различными целевыми лигандами, прикрепленными к их поверхности, что позволяет им прикрепляться к поверхности и накапливаться в патологических областях для лечения. болезни. [1]

Липосома представляет собой сферический пузырек , имеющий , по меньшей мере , один липидный бислой . Липосома может быть использован в качестве доставки лекарственного средства , средства для введения в питательных веществ и фармацевтических препаратов , [2] , такие как наночастицы липидов в вакцинах мРНК и ДНК - вакцин . Липосомы можно получить, разрушив биологические мембраны (например, обработкой ультразвуком ).

Липосомы чаще всего состоят из фосфолипидов , особенно фосфатидилхолина , но могут также включать другие липиды, такие как яичный фосфатидилэтаноламин , при условии, что они совместимы с двухслойной липидной структурой. [3] Дизайн липосом может использовать поверхностные лиганды для прикрепления к нездоровой ткани. [1]

Основными типами липосом являются многослойная везикула (MLV, с несколькими липидными бислоями ламеллярной фазы ), маленькая однослойная липосомная везикула (SUV, с одним липидным бислоем ), большая однослойная везикула (LUV) и кохлеатная везикула. Менее желательной формой являются мультивезикулярные липосомы, в которых одна везикула содержит одну или несколько более мелких везикул.

Не следует путать липосомы с лизосомами или мицеллами и обратными мицеллами, состоящими из монослоев . [4]

Открытие [ править ]

Слово липосома происходит от двух греческих слов: липо («жир») и сома («тело»); он назван так потому, что в его состав в основном входит фосфолипид.

Липосомы были впервые описаны британским гематологом Алеком Д. Бэнгхэмом [5] [6] [7] в 1961 году (опубликовано в 1964 году) в Институте Бабрахама в Кембридже. Они были обнаружены, когда Бангхэм и Р.У. Хорн тестировали новый электронный микроскоп института, добавляя отрицательный краситель к сухим фосфолипидам. Сходство с плазмалеммой было очевидным, а снимки под микроскопом послужили первым доказательством того, что клеточная мембрана представляет собой двухслойную липидную структуру. Их целостность как замкнутая двухслойная структура, которая может высвобождать свое содержимое после обработки моющим средством (задержка, связанная со структурой), была установлена ​​Бангхэмом, Стэндишем и Вайсманном в следующем году. [8]Вайсманн - во время обсуждения в пабе Кембриджа с Бангхэмом - впервые назвал структуры «липосомами» в честь лизосомы, которую изучала его лаборатория: простая органелла, латентность которой связана со структурой, которая может быть нарушена детергентами и стрептолизинами. [9] Липосомы можно легко отличить от мицелл и гексагональных липидных фаз с помощью просвечивающей электронной микроскопии с отрицательным окрашиванием. [10]

Алек Дуглас Бэнгэм с коллегами Джеффом Уоткинсом и Малкольмом Стэндишем написали статью 1965 года, которая фактически положила начало липосомной «индустрии». Примерно в это же время к нему присоединился в Бабрааме Джеральд Вайсманн , американский врач, интересовавшийся лизосомами. Почетный профессор Медицинской школы Нью-Йоркского университета Вайсманн вспоминает, как они оба сидели в пабе Кембриджа и размышляли о роли липидных слоев в отделении внутренней части клетки от внешней среды. Они считали, что это понимание предназначено для функционирования клеток тем же, чем открытие двойной спирали имело для генетики. Бангхэм называл свои липидные структуры «многослойными смектическими мезофазами» или иногда «бангасомами». Именно Вайсманн предложил более удобный термин липосома. [11] [12]

Механизм [ править ]

Микрофотография липосом фосфатидилхолина, окрашенных флюорохромакридиновым оранжевым . Метод флуоресцентной микроскопии (1250-кратное увеличение).
Различные типы липосом фосфатидилхолина в суспензии. Метод фазово-контрастной микроскопии (1000-кратное увеличение). Видны следующие типы липосом: мелкие моноламеллярные везикулы, большие моноламеллярные везикулы, многослойные везикулы, олиголамеллярные везикулы.

Липосома имеет ядро ​​водного раствора, окруженное гидрофобной мембраной в виде липидного бислоя ; гидрофильные растворенные вещества, растворенные в ядре, не могут легко проходить через бислой. Гидрофобные химические вещества связываются с двухслойным слоем. Следовательно, липосома может быть загружена гидрофобными и / или гидрофильными молекулами. Чтобы доставить молекулы к месту действия, липидный бислой может сливаться с другими бислоями, такими как клеточная мембрана , доставляя таким образом содержимое липосом; Однако это сложное и неспонтанное событие. [13] Путем приготовления липосом в растворе ДНК или лекарств (которые обычно не могут диффундироватьчерез мембрану) они могут (без разбора) доставляться за липидный бислой, но тогда обычно распределяются неоднородно. [14] Липосомы используются как модели для искусственных клеток. Липосомы также могут быть разработаны для доставки лекарств другими способами. Липосомы с низким (или высоким) pH могут быть сконструированы таким образом, что растворенные водные лекарственные средства будут заряжаться в растворе (т. Е. PH выходит за пределы диапазона pI лекарственного средства ). Поскольку pH внутри липосом естественным образом нейтрализуется ( протоны могут проходить через некоторые мембраны), лекарство также нейтрализуется, позволяя ему свободно проходить через мембрану. Эти липосомы работают для доставки лекарства путем диффузии, а не путем прямого слияния клеток.

Аналогичный подход можно использовать при биодетоксикации лекарств путем инъекции пустых липосом с трансмембранным градиентом pH. В этом случае пузырьки действуют как раковины, поглощающие лекарство в кровотоке и предотвращающие его токсическое действие. [15] Другой стратегией доставки липосомных лекарств является нацеливание на события эндоцитоза . Липосомы могут быть изготовлены в определенном диапазоне размеров, что делает их жизнеспособными мишенями для естественного фагоцитоза макрофагов . Эти липосомы могут перевариваться, находясь в фагосоме макрофага , высвобождая таким образом лекарство. Липосомы также могут быть украшены опсонинами и лигандами для активации эндоцитоза в других типах клеток.

Использование липосом для трансформации или трансфекции ДНК в клетку-хозяина известно как липофекция .

В дополнение к приложениям доставки генов и лекарств липосомы можно использовать в качестве носителей для доставки красителей к текстилю [16], пестицидов к растениям, ферментов и пищевых добавок к продуктам питания, а также косметических средств для кожи. [17]

Липосомы также используются в качестве внешней оболочки некоторых контрастных веществ для микропузырьков, используемых в ультразвуковых исследованиях с контрастным усилением .

Диетические и пищевые добавки [ править ]

До недавнего времени липосомы в клинической практике использовались для адресной доставки лекарств , но в настоящее время разрабатываются новые применения для пероральной доставки определенных пищевых и пищевых добавок. [18] Это новое применение липосом частично связано с низкой абсорбцией и биодоступностью традиционных пероральных диетических и пищевых таблеток и капсул. Низкая биодоступность и всасывание многих питательных веществ при приеме внутрь хорошо документирована. [19] Таким образом, естественная инкапсуляция из липофильных и гидрофильных питательных веществ внутри липосом будет эффективный методом в обходе разрушительных элементов желудка системыпозволяя инкапсулированному питательному веществу эффективно доставляться к клеткам и тканям. [20]

Важно отметить, что определенные факторы оказывают далеко идущее влияние на процент липосом, получаемых при производстве, а также на фактическое количество захваченных липосом и фактическое качество и долгосрочную стабильность самих липосом. [21] Это следующие: (1) фактический способ производства и приготовления самих липосом; (2) Состав, качество и тип сырого фосфолипида, используемого при составлении и производстве липосом; (3) Способность создавать частицы липосом однородного размера, которые стабильны и удерживают инкапсулированную полезную нагрузку. Это основные элементы при разработке эффективных липосомных носителей для использования в диетических и пищевых добавках. [22]

Производство [ править ]

Выбор метода приготовления липосом зависит, в частности, от следующих параметров: [23] [24]

  1. физико-химические характеристики улавливаемого материала и липосомальных ингредиентов;
  2. характер среды, в которой диспергированы липидные везикулы
  3. эффективная концентрация захваченного вещества и его потенциальная токсичность;
  4. дополнительные процессы, задействованные во время нанесения / доставки пузырьков;
  5. оптимальный размер, полидисперсность и срок хранения везикул для предполагаемого применения; и,
  6. воспроизводимость от партии к партии и возможность крупномасштабного производства безопасных и эффективных липосомальных продуктов

Полезные липосомы редко образуются спонтанно. Обычно они образуются после подачи достаточного количества энергии к дисперсии (фосфо) липидов в полярном растворителе, таком как вода, для разрушения многослойных агрегатов на олиго- или однослойные двухслойные везикулы. [3] [14]

Следовательно, липосомы могут быть созданы обработкой ультразвуком дисперсии амфипатических липидов, таких как фосфолипиды , в воде. [4] Низкие скорости сдвига создают многослойные липосомы. Исходные агрегаты, которые имеют много слоев, как у лука, тем самым образуют все более мелкие и, наконец, однослойные липосомы (которые часто нестабильны из-за их небольшого размера и дефектов, вызванных обработкой ультразвуком). Обработка ультразвуком обычно считается «грубым» методом приготовления, поскольку она может повредить структуру препарата, который нужно инкапсулировать. Новые методы, такие как экструзия, микросмешивание [25] [26] [27] и метод Мозафари [28]используются для производства материалов для людей. Использование липидов, отличных от фосфатидилхолина, может значительно облегчить приготовление липосом. [3]

Проспект [ править ]

Дальнейшие успехи в исследованиях липосом позволили липосомам избежать обнаружения иммунной системой организма, в частности, клетками ретикулоэндотелиальной системы (RES). Эти липосомы известны как « скрытые липосомы ». Они были впервые предложены G. Cevc и G. Blume [29] и, независимо, вскоре после этого, группами L. Huang и V. Torchilin [30], и сконструированы из ПЭГ ( полиэтиленгликоля ), покрывающего внешнюю часть мембраны. . Покрытие PEG, инертноев организме, позволяет продлить циркулирующую жизнь для механизма доставки лекарств. Однако исследования в настоящее время направлены на изучение того, какое количество ПЭГ, покрывающего ПЭГ, фактически препятствует связыванию липосомы с местом доставки. Исследования также показали, что ПЭГилированные липосомы вырабатывают антитела против IgM, что приводит к увеличению клиренса липосом в крови при повторной инъекции. [31] [32] Помимо покрытия из ПЭГ, большинство скрытых липосом также имеют какие-то биологические виды, прикрепленные в качестве лиганда к липосомам, чтобы обеспечить связывание посредством специфической экспрессии на целевом сайте доставки лекарственного средства. Эти нацеленные лиганды могут быть моноклональными антителами (образующими иммунолипосомы), витаминами или специфическими антигенами., но должен быть доступен. [33] Целевые липосомы могут быть нацелены практически на любой тип клеток в организме и доставлять лекарства, которые в противном случае доставлялись бы системно. Естественно токсичные лекарства могут быть гораздо менее системно токсичными, если их доставлять только в больные ткани. Таким же образом можно использовать полимерсомы , морфологически родственные липосомам. С липосомами также морфологически связаны высокодеформируемые везикулы, предназначенные для неинвазивной трансдермальной доставки материала, известные как трансферы . [34]

Некоторые противоопухолевые препараты, такие как доксорубицин (Доксил) и даунорубицин, можно вводить через липосомы. Липосомный цисплатин получил статус орфанного лекарства от рака поджелудочной железы в регионе EMEA. [35]

В исследовании, опубликованном в мае 2018 года, также изучалась возможность использования липосом в качестве «наноносителей» удобрений для лечения истощенных или больных растений. Результаты показали, что эти синтетические частицы «впитываются в листья растений легче, чем чистые питательные вещества», что еще раз подтверждает использование нанотехнологий для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. [36] [37]

См. Также [ править ]

  • Азотосома
  • Ламелла (клеточная биология)
  • Фильм Ленгмюра – Блоджетт
  • Липидный бислой
  • Адресная доставка лекарств

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Торчилин, В (2006). «Многофункциональные наноносители». Расширенные обзоры доставки лекарств . 58 (14): 1532–55. DOI : 10.1016 / j.addr.2006.09.009 . PMID  17092599 .
  2. ^ Кимбалл биология Страница , архивации 2009-01-25 в Wayback Machine «клеточные мембраны.»
  3. ^ а б в Cevc, G (1993). «Рациональный дизайн новых продуктов-кандидатов: следующее поколение высокодеформируемых двухслойных везикул для неинвазивной таргетной терапии». Журнал контролируемого выпуска . 160 (2): 135–146. DOI : 10.1016 / j.jconrel.2012.01.005 . PMID 22266051 . 
  4. ^ a b Страйер С. (1981) Биохимия, 213
  5. ^ Bangham, AD ; Хорн, Р.В. (1964). «Отрицательное окрашивание фосфолипидов и их структурная модификация поверхностно-активными агентами, наблюдаемые в электронном микроскопе». Журнал молекулярной биологии . 8 (5): 660–668. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (64) 80115-7 . PMID 14187392 . 
  6. ^ Хорн, RW; Bangham, AD ; Уиттакер, В. П. (1963). «Отрицательно окрашенные липопротеиновые мембраны». Природа . 200 (4913): 1340. Bibcode : 1963Natur.200.1340H . DOI : 10.1038 / 2001340a0 . PMID 14098499 . S2CID 4153775 .  
  7. ^ Bangham, AD ; Хорн, RW; Glauert, AM; Дингл, Джей Ти; Люси, Дж. А. (1962). «Действие сапонина на биологические клеточные мембраны». Природа . 196 (4858): 952–955. Bibcode : 1962Natur.196..952B . DOI : 10.1038 / 196952a0 . PMID 13966357 . S2CID 4181517 .  
  8. ^ Bangham AD; Standish MM; Вайсманн Г. (1965). «Действие стероидов и стрептолизина S на проницаемость фосфолипидных структур для катионов». J. Molecular Biol . 13 (1): 253–259. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (65) 80094-8 . PMID 5859040 . 
  9. ^ Sessa G .; Вайсманн Г. (1970). «Включение лизоцима в липосомы: модель структурно-связанной задержки». J. Biol. Chem . 245 (13): 3295–3301. PMID 5459633 . 
  10. ^ YashRoy RC (1990). «Ламеллярная дисперсия и фазовое разделение липидов хлоропластных мембран с помощью электронной микроскопии с отрицательным окрашиванием» (PDF) . Журнал биологических наук . 15 (2): 93–98. DOI : 10.1007 / bf02703373 . S2CID 39712301 .  
  11. ^ Weissmann G .; Sessa G .; Standish M .; Bangham AD (1965). «РЕФЕРАТЫ» . J. Clin. Инвестируйте . 44 (6): 1109–1116. DOI : 10,1172 / jci105203 .
  12. ^ Джефф Уоттс (12.06.2010). «Алек Дуглас Бэнгхэм» . Ланцет . 375 (9731): 2070. DOI : 10.1016 / S0140-6736 (10) 60950-6 . S2CID 54382511 . Проверено 1 октября 2014 . 
  13. ^ Cevc, G; Ричардсен, H (1993). «Липидные везикулы и слияние мембран». Расширенные обзоры доставки лекарств . 38 (3): 207–232. DOI : 10.1016 / s0169-409x (99) 00030-7 . PMID 10837758 . 
  14. ^ a b Баренхольц, Y; G, Cevc (2000). Физическая химия биологических поверхностей, Глава 7: Структура и свойства мембран . Нью-Йорк: Марсель Деккер . С. 171–241.
  15. ^ Бертран, Николас; Буве, CéLine; Моро, Пьер; Леру, Жан-Кристоф (2010). «Трансмембранные липосомы с градиентом pH для лечения сердечно-сосудистой интоксикации лекарствами» . САУ Нано . 4 (12): 7552–8. DOI : 10.1021 / nn101924a . PMID 21067150 . 
  16. ^ Барани, H; Монтазер, М (2008). «Обзор применения липосом в обработке текстиля». Журнал липосомных исследований . 18 (3): 249–62. DOI : 10.1080 / 08982100802354665 . PMID 18770074 . S2CID 137500401 .  
  17. ^ Meure, Лос-Анджелес; Knott, R; Фостер, штат Северная Каролина; Дехгани, Ф (2009). «Сброс давления расширенного раствора в водную среду для массового производства липосом». Ленгмюр: Журнал ACS о поверхностях и коллоидах . 25 (1): 326–37. DOI : 10.1021 / la802511a . PMID 19072018 . 
  18. ^ Yoko Shojia; Хидеки Накашима (2004). «Нутрицевтики и системы доставки». Журнал нацеливания на лекарства .
  19. ^ Уильямсон, G; Манах, К. (2005). «Биодоступность и биоэффективность полифенолов у человека. II. Обзор 93 интервенционных исследований» . Американский журнал клинического питания . 81 (1 доп.): 243S – 255S. DOI : 10.1093 / ajcn / 81.1.243S . PMID 15640487 . 
  20. ^ Бендер, Дэвид А. (2003). Пищевая биохимия витаминов . Кембридж, Великобритания
  21. ^ Szoka Jr, F; Папахаджопулос, Д. (1980). «Сравнительные свойства и методы приготовления липидных везикул (липосом)». Ежегодный обзор биофизики и биоинженерии . 9 : 467–508. DOI : 10.1146 / annurev.bb.09.060180.002343 . PMID 6994593 . 
  22. ^ Chaize, B; Колтье, JP; Винтерхальтер, М. Фурнье, Д. (2004). «Инкапсуляция ферментов в липосомы: высокая эффективность инкапсуляции и контроль проницаемости субстрата». Искусственные клетки, кровезаменители и биотехнология . 32 (1): 67–75. DOI : 10.1081 / BIO-120028669 . PMID 15027802 . S2CID 21897676 .  
  23. ^ Гомеженс, А; Фернандезромеро, Дж. (2006). «Аналитические методы контроля липосомальных систем доставки». Тенденции TrAC в аналитической химии . 25 (2): 167–178. DOI : 10.1016 / j.trac.2005.07.006 .
  24. ^ Мозафари, MR; Джонсон, К; Hatziantoniou, S; Деметзос, К. (2008). «Нанолипосомы и их применение в пищевой нанотехнологии». Журнал липосомных исследований . 18 (4): 309–27. DOI : 10.1080 / 08982100802465941 . PMID 18951288 . S2CID 98836972 .  
  25. ^ Ян, Андреас; Ставис, Сэмюэл М .; Хонг, Дженнифер С .; Vreeland, Wyatt N .; DeVoe, Don L .; Гайтан, Майкл (27 апреля 2010 г.). «Микрожидкостное смешение и образование наноразмерных липидных пузырьков». САУ Нано . 4 (4): 2077–2087. DOI : 10.1021 / nn901676x . ISSN 1936-0851 . PMID 20356060 .  
  26. ^ Жигальцев, Игорь В .; Белливо, Натан; Хафез, Исмаил; Люнг, Алекс К.К.; Хуфт, Йенс; Хансен, Карл; Каллис, Питер Р. (21 февраля 2012 г.). «Восходящий дизайн и синтез систем липидных наночастиц предельного размера с водными и триглицеридными ядрами с использованием миллисекундного микрожидкостного смешения». Ленгмюра . 28 (7): 3633–3640. DOI : 10.1021 / la204833h . ISSN 0743-7463 . PMID 22268499 .  
  27. ^ Лопес, Рубен Р .; Окампо, Ишчель; Санчес, Лус-Мария; Алаззам, Анас; Бержерон, Карл-Ф .; Камачо-Леон, Серхио; Мунье, Катрин; Стихару, Ион; Нергизян, Ваэ (25 февраля 2020 г.). "Моделирование характеристик липосом на основе поверхностного отклика в смесителе периодических нарушений" . Микромашины . 11 (3): 235. DOI : 10,3390 / mi11030235 . ISSN 2072-666X . PMC 7143066 . PMID 32106424 .   
  28. ^ Колас, JC; Ши, Вт; Рао, VS; Омри, А; Mozafari, MR; Сингх, Х (2007). «Микроскопические исследования нанолипосом, нагруженных низином, полученных методом Мозафари, и их бактериальное нацеливание». Микрон (Оксфорд, Англия: 1993) . 38 (8): 841–7. DOI : 10.1016 / j.micron.2007.06.013 . PMID 17689087 . 
  29. ^ Блюм, G; Cevc, G (1990). «Липосомы для замедленного высвобождения лекарственного средства in vivo». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1029 (1): 92–97. DOI : 10.1016 / 0005-2736 (90) 90440-у . PMID 2223816 . 
  30. ^ Клибанов, АЛ; Маруяма, К. Торчилин, В.П .; Хуанг, Л. (1990). «Амфипатические полиэтиленгликоли эффективно продлевают время циркуляции липосом» . Письма FEBS . 268 (1): 235–237. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (90) 81016-h . PMID 2384160 . S2CID 11437990 .  
  31. ^ Ван, XinYu; Исида, Тацухиро; Кивада, Хироши (01.06.2007). «Анти-ПЭГ IgM, вызванный инъекцией липосом, участвует в повышенном клиренсе крови последующей дозы ПЭГилированных липосом». Журнал контролируемого выпуска . 119 (2): 236–244. DOI : 10.1016 / j.jconrel.2007.02.010 . ISSN 0168-3659 . PMID 17399838 .  
  32. ^ Плотины, ЭТМ Laverman, П. Oyen, WJG Сторм, Г. Scherphof, GL Meer, JWM ван дер Corstens, FHM Boerman, OC (2000). «Ускоренный клиренс крови и измененное биораспределение повторных инъекций стерически стабилизированных липосом». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . Американская фармакология, экспериментальная терапия. 292 (3): 1071–9. ISBN 9780199636549. OCLC  1106378000 . PMID  10688625 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  33. ^ Блюм, G; Cevc, G; Crommelin, MDAJ; Баккер-Вуденберг, IAJM; Kluft, C; Шторм, G (1993). «Специфическое нацеливание с липосомами, модифицированными полиэтиленгликолем: соединение устройств наведения с концами полимерных цепей сочетает эффективное связывание с мишенью с длительным временем циркуляции». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1149 (1): 180–184. DOI : 10.1016 / 0005-2736 (93) 90039-3 . PMID 8318529 . 
  34. ^ Cevc, G (2004). «Липидные пузырьки и другие коллоиды как переносчики лекарств на коже». Расширенные обзоры доставки лекарств . 56 (5): 675–711. DOI : 10.1016 / j.addr.2003.10.028 . PMID 15019752 . 
  35. ^ Аноним (2018-09-17). «EU / 3/07/451» . Европейское агентство по лекарственным средствам . Проверено 10 января 2020 .
  36. ^ Karny, Avishai; Зингер, Ассаф; Каджал, Ашима; Шаинский-Ройтман, Жанна; Шредер, Ави (17 мая 2018 г.). «Лечебные наночастицы проникают в листья и доставляют питательные вещества сельскохозяйственным культурам» . Научные отчеты . 8 (1): 7589. Bibcode : 2018NatSR ... 8.7589K . DOI : 10.1038 / s41598-018-25197-у . ISSN 2045-2322 . PMC 5958142 . PMID 29773873 .   
  37. ^ Темминг, Мария (2018-05-17). «Наночастицы могут помочь спасти истощенные посевы» . Новости науки . Проверено 18 мая 2018 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Общество контролируемого выпуска
  • Журнал липосомных исследований
  • FormuMax Scientific Inc - ведущий поставщик липосомных продуктов и услуг
  • Как приготовить липосомальный витамин С высокого качества