Однослойными липосомами представляет собой сферическую камеру / пузырек, ограничены одной бислой с амфифильного липида или смеси таких липидов, содержащих водный раствор внутри камеры. Однослойные липосомы используются для изучения биологических систем и имитации клеточных мембран, и их классифицируют на три группы в зависимости от их размера: небольшие однослойные липосомы / везикулы (SUV) с размером диапазона 20–100 нм, большие однослойные липосомы / везикулы ( LUVs) с диапазоном размеров 100–1000 нм и гигантскими однослойными липосомами / везикулами (GUV) с диапазоном размеров 1-200 мкм. [1] GUV в основном используются в качестве моделей биологических мембран в исследовательской работе. [2]Клетки животных имеют размер 10–30 мкм, а клетки растений - обычно 10–100 мкм. Органеллы даже меньшего размера, такие как митохондрии, обычно имеют размер 1-2 мкм. Следовательно, правильная модель должна учитывать размер исследуемого образца. [1] Кроме того, размер везикул определяет кривизну их мембран, что является важным фактором при изучении гибридных белков. SUV имеют более высокую кривизну мембраны, и везикулы с высокой кривизной мембраны могут способствовать слиянию мембран быстрее, чем везикулы с более низкой кривизной мембраны, такие как GUV. [3]
Состав и характеристики клеточной мембраны различаются в разных клетках (растительные клетки, клетки млекопитающих, бактериальные клетки и т. Д.). В двухслойной мембране часто состав фосфолипидов во внутренних и внешних листках различается. Фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол и сфингомиелин являются одними из наиболее распространенных липидов мембран большинства животных клеток. Эти липиды сильно различаются по заряду, длине и состоянию насыщения. Присутствие ненасыщенных связей (двойных связей) в липидах, например, создает излом в ацильных цепях, который дополнительно изменяет упаковку липидов и приводит к более рыхлой упаковке. [4] [5] Таким образом, состав и размеры однослойных липосом необходимо тщательно выбирать в зависимости от предмета исследования.
Каждая структура липидного бислоя в целом сопоставима с организацией липидов ламеллярной фазы в биологических мембранах . Напротив, многослойные липосомы (MLV) состоят из множества концентрических амфифильных липидных бислоев, аналогичных слоям лука, и MLV могут иметь переменные размеры до нескольких микрометров.
Подготовка
Маленькие однослойные пузырьки и большие однослойные пузырьки
Существует несколько методов приготовления однослойных липосом, и протоколы различаются в зависимости от типа желаемых однослойных везикул. Можно купить различные липиды, растворенные в хлороформе или лиофилизированные липиды. В случае лиофилизированных липидов они могут растворяться в хлороформе. Затем липиды смешивают в желаемом молярном соотношении. Затем хлороформ выпаривают в слабом потоке азота (чтобы избежать контакта с кислородом и окисления липидов) при комнатной температуре. Роторный испаритель может быть использован , чтобы сформировать однородный слой липосом. На этом этапе удаляется основная часть хлороформа. Чтобы удалить остатки захваченного хлороформа, липиды помещают под вакуум от нескольких часов до ночи. Следующим этапом является регидратация, при которой высушенные липиды повторно суспендируют в желаемом буфере. Липиды можно встряхивать в течение нескольких минут, чтобы убедиться, что все липидные остатки ресуспендированы. Внедорожники можно получить двумя способами. Либо путем обработки ультразвуком (например, с импульсами в 1 секунду с циклами 3 Гц при мощности 150 Вт), либо путем экструзии. В методе экструзии липидную смесь пропускают через мембрану 10 или более раз. [6] [7] В зависимости от размера мембраны могут быть получены SUV или LUV. Хранение пузырьков в атмосфере аргона, вдали от кислорода и света может продлить их жизнь.
Гигантские однослойные пузырьки
Естественное набухание: в этом методе растворимые липиды в хлороформе наносятся пипеткой на тефлоновое кольцо. Хлороформу дают испариться, а затем кольцо помещают под вакуум на несколько часов. Затем водный буфер осторожно добавляют через тефлоновое кольцо и липидам дают естественным образом набухнуть с образованием GUV в течение ночи. Недостатком этого метода является образование большого количества многослойных везикул и липидных остатков.
Гальванопластика: в этом методе липиды размещаются на токопроводящем покровном стекле (оксид индия и олова или стекло с покрытием ITO) или на Pt-проволоку вместо тефлонового кольца, и после вакуумирования на высушенные липиды помещается буфер, который сжимается с помощью второго проводящего покровное стекло. Затем прикладывается электрическое поле определенной частоты и напряжения, которое способствует образованию ГУВ. Для полиненасыщенных липидов этот метод может вызвать значительный окислительный эффект на везикулы. [8] Тем не менее, это очень распространенный и надежный метод создания GUV. Существуют модифицированные подходы, в которых используется набухание с помощью геля (набухание с помощью агарозы или набухание с помощью PVA) для образования GUV в более биологически релевантных условиях. [9]
Существует множество методов инкапсуляции биологических реагентов в GUV с использованием границ раздела вода-масло в качестве основы для сборки липидных слоев. Это позволяет использовать GUV в качестве мембранных контейнеров, подобных клеткам, для воссоздания (и исследования) биологических функций in vitro. [10] Эти методы инкапсуляции включают микрофлюидные методы, которые позволяют получать везикулы постоянного размера с высоким выходом. [11]
Приложения
Фосфолипидов липосомы используются в качестве целевых доставки лекарств систем. [12] Гидрофильные лекарственные средства могут перевозиться в виде раствора внутри SUV или MLV, а гидрофобные лекарственные средства могут быть включены в липидный бислой этих липосом. При введении в кровоток тела человека / животного МЖВ преимущественно поглощаются фагоцитарными клетками , и, таким образом, лекарства могут быть нацелены на эти клетки. Для общей или полной доставки могут использоваться внедорожники. Для местного нанесения на кожу можно использовать специальные липиды, такие как фосфолипиды и сфинголипиды , для изготовления липосом, не содержащих лекарств, в качестве увлажняющих средств, а также с лекарствами, например, для защиты от ультрафиолетового излучения.
В биомедицинских исследованиях однослойные липосомы чрезвычайно полезны для изучения биологических систем и имитации функций клеток. [1] [10] Поскольку живая клетка очень сложна для изучения, однослойные липосомы представляют собой простой инструмент для изучения событий взаимодействия мембран, таких как слияние мембран , локализация белков в плазматической мембране, изучение ионных каналов и т. Д.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b c Rideau E, Dimova R, Schwille P, Wurm FR, Landfester K (ноябрь 2018 г.). «Липосомы и полимерсомы: сравнительный обзор имитации клеток» . Обзоры химического общества . 47 (23): 8572–8610. DOI : 10.1039 / C8CS00162F . PMID 30177983 .
- ^ Весоловска О., Михалак К., Маневска Дж., Хендрих А.Б. (2009). «Гигантские однослойные везикулы - идеальный инструмент для визуализации фазового разделения и липидных рафтов в модельных системах» . Acta Biochimica Polonica . 56 (1): 33–9. DOI : 10,18388 / abp.2009_2514 . PMID 19287805 .
- ^ Таресте Д., Шен Дж., Мелия Т. Дж., Ротман Дж. Э. (февраль 2008 г.). «SNAREpin / Munc18 способствует адгезии и слиянию больших пузырьков с гигантскими мембранами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (7): 2380–5. Bibcode : 2008PNAS..105.2380T . DOI : 10.1073 / pnas.0712125105 . PMC 2268145 . PMID 18268324 .
- ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). «Липидный бислой». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
- ^ Вейерс Р.Н. (сентябрь 2012 г.). «Липидный состав клеточных мембран и его значение при сахарном диабете 2 типа» . Текущие обзоры диабета . 8 (5): 390–400. DOI : 10.2174 / 157339912802083531 . PMC 3474953 . PMID 22698081 .
- ^ «Подготовка больших однослойных везикул экструзией (LUVET) | Avanti Polar Lipids» . Avanti Polar Lipids . Проверено 29 октября 2018 .
- ^ Чо Нью-Джерси, Хван Л.Й., Соландт Дж. Дж., Фрэнк К. В. (август 2013 г.). «Сравнение выдавленных и обработанных ультразвуком везикул для самосборки плоского бислоя» . Материалы . 6 (8): 3294–3308. Bibcode : 2013Mate .... 6.3294C . DOI : 10,3390 / ma6083294 . PMC 5521307 . PMID 28811437 .
- ^ Чжоу Ю., Берри К.К., Сторер П.А., Рафаэль Р.М. (февраль 2007 г.). «Перекисное окисление полиненасыщенных липидов фосфатидилхолина при гальванопластике». Биоматериалы . 28 (6): 1298–306. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2006.10.016 . PMID 17107709 .
- ^ Штейн Х, Шпиндлер С., Бонакдар Н., Ван С., Сандогдар В. (2017). «Производство изолированных гигантских однослойных везикул при высоких концентрациях соли» . Границы физиологии . 8 : 63. DOI : 10,3389 / fphys.2017.00063 . PMC 5303729 . PMID 28243205 .
- ^ а б Litschel T, Schwille P (март 2021 г.). «Восстановление белка внутри гигантских однослойных пузырьков». Ежегодный обзор биофизики . DOI : 10,1146 / annurev-Biophys-100620-114132 . PMID 33667121 .
- ^ Сато Й., Такиноуэ М. (март 2019 г.). «Создание искусственных клеточно-подобных структур с помощью технологий микрофлюидики» . Микромашины . 10 (4): 216. DOI : 10,3390 / mi10040216 . PMC 6523379 . PMID 30934758 .
- ^ Нойхаузер Т., L'Homme C, Больё И., Мазуркевич С., Кусс С., Краатц HB и др. (Май 2016). «Модифицированный ферроценом фосфолипид: инновационный предшественник для везикул доставки лекарств, запускаемых окислительно-восстановительным механизмом, селективных к раковым клеткам». Ленгмюра . 32 (17): 4169–78. DOI : 10.1021 / acs.langmuir.6b00511 . PMID 26987014 .