Liposom - Liposome

Schéma lipozomu tvořeného fosfolipidy v vodný řešení.
Liposomy jsou složené struktury vyrobené z fosfolipidů a mohou obsahovat malé množství dalších molekul. Ačkoli se liposomy mohou lišit velikostí od malého rozsahu mikrometrů po desítky mikrometrů, unilamelární liposomy, jak je zde zobrazeno, jsou typicky v rozmezí nižší velikosti s různými cílovými ligandy připojenými k jejich povrchu, což umožňuje jejich povrchové připojení a akumulaci v patologických oblastech pro léčbu nemoci.[1]

A liposom je sférický váček mít alespoň jeden lipidová dvojvrstva. Liposom lze použít jako vehikulum pro správa z živiny a farmaceutické léky.[2] Liposomy mohou být připraveny rozrušením biologických membrán (např sonikace ).

Lipozomy se nejčastěji skládají z fosfolipidy, zvláště fosfatidylcholin, ale mohou také zahrnovat další lipidy, jako je vejce fosfatidylethanolamin, pokud jsou kompatibilní s lipidová dvojvrstva struktura.[3] Liposomový design může využívat povrch ligandy pro připojení k nezdravé tkáni.[1]

Hlavními typy liposomů jsou multilamelární vezikuly (MLV, s několika lamelární fáze lipidové dvojvrstvy ), malý unilamelární liposom váček (SUV, s jedním lipidová dvojvrstva ), velký unilamelární vezikul (LUV) a kochleátový vezikul. Méně žádoucí formou jsou multivezikulární liposomy, ve kterých jeden vezikul obsahuje jeden nebo více menších vezikul.

Liposomy by neměly být zaměňovány lysozomy, nebo s micely a reverzní micely složen z jednovrstvé.[4]

Objev

Slovo liposom pochází ze dvou řeckých slov: lipo ("tlustý") a soma ("tělo"); je tak pojmenován, protože jeho složení je primárně fosfolipidu.

Liposomy byly poprvé popsány britským hematologem Alec D Bangham[5][6][7] v roce 1961 (publikováno 1964), na Babrahamově institutu v Cambridge. Byly objeveny, když Bangham a R. W. Horne testovali novinky ústavu elektronový mikroskop přidáváním negativní skvrna k sušení fosfolipidů. Podobnost s plasmalemma bylo zřejmé a obrázky mikroskopů sloužily jako první důkaz toho, že buněčná membrána je dvouvrstvá lipidová struktura. Jejich integritu jako uzavřené dvouvrstvé struktury, která by mohla uvolnit svůj obsah po ošetření detergentem (latence spojená se strukturou), stanovili Bangham, Standish a Weissmann v příštím roce.[8] Weissmann - během diskuse v Cambridge v hospodě s Banghamem - nejprve pojmenoval struktury „liposomy“ podle lysozomu, který studovala jeho laboratoř: jednoduchá organela, jejíž strukturně vázanou latenci by mohly narušit detergenty a streptolysiny.[9] Liposomy lze snadno odlišit od micel a hexagonálních lipidových fází negativním barvením transmisní elektronovou mikroskopií.[10]

Alec Douglas Bangham s kolegy Jeffem Watkinsem a Malcolmem Standishem napsali dokument z roku 1965, který účinně zahájil liposomový „průmysl“. Kolem tentokrát se k němu připojil v Babrahamu Gerald Weissmann, americký lékař se zájmem o lysozomy. Nyní, emeritní profesor na Lékařské fakultě New York University, Weissmann připomíná, jak dva seděli v hospůdce v Cambridge a uvažovali o úloze lipidových listů při oddělení vnitřku buňky od vnějšího prostředí. Cítili, že tento vhled spočívá v tom, že funkce buňky spočívá v tom, jaký byl objev dvojité šroubovice v genetice. Bangham nazval své lipidové struktury „multilamelárními smektickými mezofázemi“ nebo někdy „banghasomy“. Byl to Weissmann, kdo navrhl uživatelsky přívětivější termín liposom.[11][12]

Mechanismus

Mikrograf fosfatidylcholinových liposomů, které byly obarveny fluorochrom akridinová oranžová. Metoda fluorescence mikroskopie (1250násobné zvětšení).
Různé typy fosfatidylcholinových liposomů v suspenzi. Metoda Mikroskopie fázovým kontrastem (1000násobné zvětšení). Jsou viditelné následující typy liposomů: malé monolamelární vezikuly, velké monolamelární vezikuly, multilamelární vezikuly, oligolamelární vezikuly.

Liposom má jádro vodného roztoku obklopené a hydrofobní membrána ve formě a lipidová dvojvrstva; hydrofilní rozpuštěné látky rozpuštěný v jádru nemůže snadno projít dvojvrstvou. Hydrofobní chemikálie se sdružují s dvojvrstvou. Lipozom tedy může být naplněn hydrofobními a / nebo hydrofilními molekulami. K dodání molekul na místo působení může lipidová dvojvrstva fúzovat s jinými dvojvrstvy, jako je buněčná membrána, čímž se dodává obsah liposomů; jedná se však o složitou a spontánní událost.[13] Přípravou liposomů v roztoku DNA nebo léky (což by normálně nebylo možné šířit přes membránu) mohou být (bez rozdílu) dodávány přes lipidovou dvojvrstvu, ale poté jsou obvykle distribuovány nehomogenně.[14] Liposomy se používají jako modely pro umělé buňky. Liposomy mohou být také navrženy tak, aby dodávaly léky jinými způsoby. Liposomy, které obsahují nízké (nebo vysoké) pH mohou být konstruovány tak, že rozpuštěné vodné léky budou účtováno v roztoku (tj. pH je mimo léčivo pI rozsah). Protože pH přirozeně neutralizuje v liposomu (protony může projít některými membránami), léčivo bude také neutralizováno, což mu umožní volný průchod membránou. Tyto liposomy fungují na dodávání léku difúze spíše než přímou fúzí buněk.

Podobný přístup lze využít při biodetoxikaci léčiv injekcí prázdných liposomů transmembránovým gradientem pH. V tomto případě vezikuly fungují jako výlevky, aby zachytily léčivo v krevním oběhu a zabránily jeho toxickému účinku.[15]Další strategií pro podávání liposomových léků je cílení endocytóza Události. Liposomy mohou být vyrobeny v určitém rozmezí velikostí, což z nich činí životaschopné cíle pro přirozené makrofág fagocytóza. Tyto liposomy mohou být strávený zatímco v makrofágu fagozom, čímž uvolňuje svoji drogu. Liposomy mohou být také zdobeny opsoniny a ligandy aktivovat endocytózu u jiných typů buněk.

Použití liposomů pro transformaci nebo transfekce DNA do hostitelské buňky je známá jako lipofekce.

Kromě aplikací pro dodávání genů a léčiv mohou být liposomy použity jako nosiče pro dodávání barviv do textilu,[16] pesticidy pro rostliny, enzymy a doplňky výživy, potraviny a kosmetika pro pokožku.[17]

Liposomy se také používají jako vnější skořápky některých kontrastních látek s mikrobublinami používaných v kontrastní ultrazvuk.

Doplňky stravy a výživy

Až donedávna byla klinická použití liposomů pro cílené podávání léků, ale vyvíjejí se nové aplikace pro orální podávání určitých doplňků stravy a výživy.[18] Tato nová aplikace liposomů je částečně způsobena nízkou absorpcí a biologická dostupnost sazby tradičních orálních dietních a výživových tablet a tobolek. Nízká orální biologická dostupnost a absorpce mnoha živin je klinicky dobře zdokumentována.[19] Proto přirozené zapouzdření z lyofilní a hydrofilní živiny v liposomech by byly účinnou metodou, jak obejít destruktivní prvky žaludeční systém umožnění účinného dodání zapouzdřené živiny do buněk a tkání.[20]

Je důležité si uvědomit, že některé faktory mají dalekosáhlé účinky na procento liposomů, které se získají při výrobě, stejně jako skutečné množství realizovaného zachycení liposomů a skutečnou kvalitu a dlouhodobou stabilitu samotných liposomů.[21] Jsou to následující: (1) skutečný způsob výroby a příprava samotných liposomů; (2) Složení, kvalita a typ suroviny fosfolipid používané při formulaci a výrobě liposomů; (3) Schopnost vytvářet homogenní velikosti částic liposomu, které jsou stabilní a udržují své zapouzdřené užitečné zatížení. To jsou hlavní prvky při vývoji účinných liposomových nosičů pro použití v doplňcích stravy a výživy.[22]

Výrobní

Volba způsobu přípravy liposomů závisí mj. Na následujících parametrech:[23][24]

  1. fyzikálně-chemické vlastnosti materiálu, který má být zachycen, a vlastnosti liposomálních složek;
  2. povaha média, ve kterém jsou lipidové váčky rozptýleny
  3. účinná koncentrace zachycené látky a její potenciální toxicita;
  4. další procesy spojené s aplikací / dodáním vezikul;
  5. optimální velikost, polydisperzita a doba použitelnosti vezikul pro zamýšlenou aplikaci; a,
  6. reprodukovatelnost mezi dávkami a možnost velkovýroby bezpečných a účinných liposomálních produktů

Užitečné liposomy se zřídka tvoří spontánně. Obvykle se tvoří po dodání dostatečné energie k disperzi (fosfo) lipidů v polárním rozpouštědle, jako je voda, k rozložení vícevrstevných agregátů na oligo- nebo unilamelární dvouvrstvé vezikuly.[3][14]

Liposomy tedy mohou být vytvářeny sonikační disperze amfipatických lipidů, jako je např fosfolipidy, ve vodě.[4] Nízký smykové rychlosti vytvářet multilamelární liposomy. Původní agregáty, které mají mnoho vrstev jako cibule, se tak postupně zmenšují a konečně unilamelární liposomy (které jsou často nestabilní kvůli své malé velikosti a defektům způsobeným ultrazvukem). Sonikace je obecně považována za „hrubou“ metodu přípravy, protože může poškodit strukturu léku, který má být zapouzdřen. Novější metody, jako je vytlačování, mikromíchání[25][26][27] a Mozafariho metoda[28] se používají k výrobě materiálů pro humánní použití. Používání jiných lipidů než fosfatidylcholin může výrazně usnadnit přípravu liposomů.[3]

Vyhlídka

Další pokroky ve výzkumu liposomů umožnily liposomům zabránit detekci imunitním systémem těla, konkrétně buňkami retikuloendoteliální systém (RES). Tyto liposomy jsou známé jako „tajné liposomy Poprvé je navrhli G. Cevc a G. Blume[29] a nezávisle a brzy poté skupiny L. Huang a V. Torchilin[30] a jsou konstruovány s PEG (Polyethylenglykol ) hroty na vnější straně membrány. PEG povlak, který je inertní v těle umožňuje delší oběhový život mechanismu podávání léků. Výzkum se však v současné době snaží zjistit, jaké množství PEG potahu PEG ve skutečnosti brání vazbě liposomu na místo dodání. Studie také ukázaly, že PEGylované liposomy vyvolávají anti-IgM protilátky, což vede ke zvýšené krevní clearance liposomů po opětovné injekci.[31][32] Kromě potahu PEG má většina tajných liposomů také nějaký druh biologických druhů připojených jako ligand k liposomu, aby se umožnilo navázání prostřednictvím specifické exprese na cílovém místě dodávání léčiva. Tyto cílené ligandy mohou být monoklonální protilátky (tvorba imunoliposomu), vitamíny, nebo konkrétní antigeny, ale musí být přístupné.[33] Cílené liposomy mohou cílit na téměř jakýkoli buněčný typ v těle a dodávat léky, které by se jinak dodávaly systémově. Přirozeně toxické léky mohou být mnohem méně systémově toxické, pokud jsou dodávány pouze do nemocných tkání. Polymersomy, morfologicky příbuzné s liposomy, lze také použít tímto způsobem. Morfologicky související s liposomy jsou také vysoce deformovatelné vezikuly určené pro neinvazivní transdermální dodávání materiálu, známé jako transferomes.[34]

Některá protirakovinová léčiva, jako je doxorubicin (Doxil) a daunorubicin mohou být podávány prostřednictvím liposomů. Liposomální cisplatina získal lék na vzácná onemocnění označení pro rakovinu pankreatu z EMEA.[35]

Studie zveřejněná v květnu 2018 rovněž zkoumala potenciální použití liposomů jako „nanonosičů“ hnojivých živin k léčbě podvyživených nebo nemocných rostlin. Výsledky ukázaly, že tyto syntetické částice „vsakují do rostlinných listů snadněji než nahé živiny“, což dále potvrzuje využití nanotechnologií ke zvýšení výnosů plodin.[36][37]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Torchilin, V (2006). "Multifunkční nanonosiče". Pokročilé recenze dodávek drog. 58 (14): 1532–55. doi:10.1016 / j.addr.2006.09.009. PMID  17092599.
  2. ^ Stránky Kimball's Biology, Archivováno 2009-01-25 na Wayback Machine „Buněčné membrány.“
  3. ^ A b C Cevc, G (1993). „Racionální design nových kandidátů na produkt: nová generace vysoce deformovatelných dvouvrstvých vezikul pro neinvazivní cílenou terapii“. Journal of Controlled Release. 160 (2): 135–146. doi:10.1016 / j.jconrel.2012.01.005. PMID  22266051.
  4. ^ A b Stryer S. (1981) Biochemistry, 213
  5. ^ Bangham, A. D.; Horne, R. W. (1964). „Negativní barvení fosfolipidů a jejich strukturní modifikace povrchově aktivními látkami, jak je pozorováno v elektronovém mikroskopu“. Journal of Molecular Biology. 8 (5): 660–668. doi:10.1016 / S0022-2836 (64) 80115-7. PMID  14187392.
  6. ^ Horne, R. W .; Bangham, A. D.; Whittaker, V. P. (1963). "Negativně obarvené lipoproteinové membrány". Příroda. 200 (4913): 1340. Bibcode:1963Natur.200.1340H. doi:10.1038 / 2001340a0. PMID  14098499. S2CID  4153775.
  7. ^ Bangham, A. D.; Horne, R. W .; Glauert, A. M .; Dingle, J. T .; Lucy, J. A. (1962). "Působení saponinu na biologické buněčné membrány". Příroda. 196 (4858): 952–955. Bibcode:1962 Natur.196..952B. doi:10.1038 / 196952a0. PMID  13966357. S2CID  4181517.
  8. ^ Bangham A.D .; Standish M.M .; Weissmann G. (1965). „Působení steroidů a streptolysinu S na permeabilitu fosfolipidových struktur pro kationty“. J. Molecular Biol. 13 (1): 253–259. doi:10.1016 / s0022-2836 (65) 80094-8. PMID  5859040.
  9. ^ Sessa G .; Weissmann G. (1970). „Začlenění lysozymu do liposomů: model latence spojené se strukturou“. J. Biol. Chem. 245 (13): 3295–3301. PMID  5459633.
  10. ^ YashRoy R.C. (1990). "Lamelová disperze a fázová separace chloroplastových membránových lipidů negativním barvením elektronovou mikroskopií" (PDF). Journal of Biosciences. 15 (2): 93–98. doi:10.1007 / bf02703373. S2CID  39712301.
  11. ^ Weissmann G .; Sessa G .; Standish M .; Bangham A. D. (1965). „ABSTRAKTY“. J. Clin. Investovat. 44 (6): 1109–1116. doi:10.1172 / jci105203.
  12. ^ Geoff Watts (06.06.2010). „Alec Douglas Bangham“. Lancet. 375 (9731): 2070. doi:10.1016 / S0140-6736 (10) 60950-6. S2CID  54382511. Citováno 2014-10-01.
  13. ^ Cevc, G; Richardsen, H (1993). "Lipidové vezikuly a fúze membrán". Pokročilé recenze dodávek drog. 38 (3): 207–232. doi:10.1016 / s0169-409x (99) 00030-7. PMID  10837758.
  14. ^ A b Barenholz, Y; G, Cevc (2000). Fyzikální chemie biologických povrchů, Kapitola 7: Struktura a vlastnosti membrán. New York: Marcel Dekker. str. 171–241.
  15. ^ Bertrand, Nicolas; Bouvet, CéLine; Moreau, Pierre; Leroux, Jean-Christophe (2010). „Transmembránové liposomy s gradientem pH k léčbě intoxikace kardiovaskulárními léky“. ACS Nano. 4 (12): 7552–8. doi:10.1021 / nn101924a. PMID  21067150.
  16. ^ Barani, H; Montazer, M (2008). „Přehled aplikací liposomů při zpracování textilu“. Journal of Liposome Research. 18 (3): 249–62. doi:10.1080/08982100802354665. PMID  18770074. S2CID  137500401.
  17. ^ Meure, LA; Knott, R; Foster, NR; Dehghani, F (2009). „Odtlakování expandovaného roztoku do vodného média pro hromadnou produkci liposomů“. Langmuir: The ACS Journal of Surfaces and Colloids. 25 (1): 326–37. doi:10.1021 / la802511a. PMID  19072018.
  18. ^ Yoko Shojia; Hideki Nakashima (2004). „Nutraceutika a doručovací systémy“. Journal of Drug Targeting.
  19. ^ Williamson, G; Manach, C (2005). „Biologická dostupnost a biologická účinnost polyfenolů u lidí. II. Přehled 93 intervenčních studií“. American Journal of Clinical Nutrition. 81 (1 příplatek): 243S – 255S. doi:10.1093 / ajcn / 81.1.243S. PMID  15640487.
  20. ^ Bender, David A. (2003). Nutriční biochemie vitamínů. Cambridge, Velká Británie
  21. ^ Szoka ml., F; Papahadjopoulos, D (1980). "Srovnávací vlastnosti a způsoby přípravy lipidových vezikul (liposomů)". Roční přehled biofyziky a bioinženýrství. 9: 467–508. doi:10.1146 / annurev.bb.09.060180.002343. PMID  6994593.
  22. ^ Chaize, B; Colletier, JP; Winterhalter, M; Fournier, D (2004). „Enkapsulace enzymů v liposomech: vysoká účinnost enkapsulace a kontrola propustnosti substrátu“. Umělé buňky, náhražky krve a biotechnologie. 32 (1): 67–75. doi:10.1081 / BIO-120028669. PMID  15027802. S2CID  21897676.
  23. ^ Gomezhens, A; Fernandezromero, J (2006). "Analytické metody pro kontrolu liposomálních dodávacích systémů". Trac Trends in Analytical Chemistry. 25 (2): 167–178. doi:10.1016 / j.trac.2005.07.006.
  24. ^ Mozafari, MR; Johnson, C; Hatziantoniou, S; Demetzos, C (2008). "Nanolipozomy a jejich aplikace v potravinářské nanotechnologii". Journal of Liposome Research. 18 (4): 309–27. doi:10.1080/08982100802465941. PMID  18951288. S2CID  98836972.
  25. ^ Jahn, Andreas; Stavis, Samuel M .; Hong, Jennifer S .; Vreeland, Wyatt N .; DeVoe, Don L .; Gaitan, Michael (2010-04-27). „Mikrofluidní směšování a tvorba lipidových vezikul v nanoměřítku“. ACS Nano. 4 (4): 2077–2087. doi:10.1021 / nn901676x. ISSN  1936-0851. PMID  20356060.
  26. ^ Zhigaltsev, Igor V .; Belliveau, Nathan; Hafez, Ismail; Leung, Alex K. K .; Huft, Jens; Hansen, Carl; Cullis, Pieter R. (2012-02-21). „Návrh zdola nahoru a syntéza systémů lipidových nanočástic s omezenou velikostí s vodnými a triglyceridovými jádry pomocí milisekundového mikrofluidního míchání“. Langmuir. 28 (7): 3633–3640. doi:10.1021 / la204833h. ISSN  0743-7463. PMID  22268499.
  27. ^ López, Rubén R .; Ocampo, Ixchel; Sánchez, Luz-María; Alazzam, Anas; Bergeron, Karl-F .; Camacho-León, Sergio; Mounier, Catherine; Stiharu, Ion; Nerguizian, Vahé (2020-02-25). „Modelování liposomových charakteristik na základě povrchové odezvy v míchačce periodických poruch“. Mikromotory. 11 (3): 235. doi:10,3390 / mi11030235. ISSN  2072-666X. PMC  7143066. PMID  32106424.
  28. ^ Colas, JC; Shi, W; Rao, VS; Omri, A; Mozafari, MR; Singh, H (2007). „Mikroskopické výzkumy nanolipozomů s obsahem nisinu připravených metodou Mozafari a jejich bakteriální cílení“. Micron (Oxford, Anglie: 1993). 38 (8): 841–7. doi:10.1016 / j.micron.2007.06.013. PMID  17689087.
  29. ^ Blume, G; Cevc, G (1990). "Liposomy pro trvalé uvolňování léčiva in vivo". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - biomembrány. 1029 (1): 92–97. doi:10.1016 / 0005-2736 (90) 90440 let. PMID  2223816.
  30. ^ Klibanov, AL; Marujama, K; Torchilin, VP; Huang, L (1990). „Amfipatické polyethylenglykoly účinně prodlužují dobu cirkulace liposomů“. FEBS Dopisy. 268 (1): 235–237. doi:10.1016 / 0014-5793 (90) 81016-h. PMID  2384160. S2CID  11437990.
  31. ^ Wang, XinYu; Ishida, Tatsuhiro; Kiwada, Hiroshi (01.06.2007). „Anti-PEG IgM vyvolaný injekcí liposomů se podílí na zvýšené clearance krve následné dávky PEGylovaných liposomů.“ Journal of Controlled Release. 119 (2): 236–244. doi:10.1016 / j.jconrel.2007.02.010. ISSN  0168-3659. PMID  17399838.
  32. ^ Přehrady, E.T.M. Laverman, P. Oyen, W.J.G. Storm, G. Scherphof, G.L.Meer, J.W.M. van der Corstens, F.H.M. Boerman, O.C. (2000). „Zrychlená clearance krve a změněná biodistribuce opakovaných injekcí stericky stabilizovaných liposomů“. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Amer soc farmakologie experimentální terapeutika. 292 (3): 1071–9. ISBN  9780199636549. OCLC  1106378000. PMID  10688625.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  33. ^ Blume, G; Cevc, G; Krommelin, MDAJ; Bakker-Woudenberg, I A J M; Kluft, C; Storm, G (1993). „Specifické cílení s lipozomy modifikovanými poly (ethylenglykolem): vazba naváděcích zařízení na konce polymerních řetězců kombinuje účinné navázání cíle s dlouhou dobou cirkulace“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - biomembrány. 1149 (1): 180–184. doi:10.1016/0005-2736(93)90039-3. PMID  8318529.
  34. ^ Cevc, G (2004). "Lipidové vezikuly a jiné koloidy jako nosiče léků na kůži". Pokročilé recenze dodávek drog. 56 (5): 675–711. doi:10.1016 / j.addr.2003.10.028. PMID  15019752.
  35. ^ Anonymní (2018-09-17). „EU / 3/07/451“. Evropská agentura pro léčivé přípravky. Citováno 2020-01-10.
  36. ^ Karny, Avishai; Zinger, Assaf; Kajal, Ashima; Shainsky-Roitman, Janna; Schroeder, Avi (2018-05-17). „Terapeutické nanočástice pronikají do listů a dodávají živiny zemědělským plodinám“. Vědecké zprávy. 8 (1): 7589. Bibcode:2018NatSR ... 8,7589K. doi:10.1038 / s41598-018-25197-r. ISSN  2045-2322. PMC  5958142. PMID  29773873.
  37. ^ Temming, Maria (2018-05-17). „Nanočástice by mohly pomoci zachránit podvyživené plodiny“. Vědecké zprávy. Citováno 2018-05-18.

externí odkazy