Unilamelární liposom - Unilamellar liposome

A unilamelární liposom je sférická komora / váček, ohraničená jedinou dvojvrstvou z amfifilní lipid nebo směs takových lipidů obsahující vodný roztok uvnitř komory. Unilamelární liposomy se používají ke studiu biologických systémů a k napodobování buněčných membrán a dělí se do tří skupin podle velikosti: malé unilamelární liposomy / vezikuly (SUV), které s rozsahem velikostí 20–100 nm, velké unilamelární liposomy / vezikuly ( LUV) s rozsahem velikostí 100–1 000 nm a obří unilamelární liposomy / vezikuly (GUV) s rozsahem velikostí 1–200 µm.[1] GUV se ve výzkumu většinou používají jako modely pro biologické membrány.[2] Živočišné buňky mají 10–30 µm a rostlinné buňky mají typicky 10–100 µm. Dokonce i menší buněčné organely, jako jsou mitochondrie, jsou typicky 1–2 µm. Správný model by proto měl zohledňovat velikost studovaného vzorku.[3] Velikost vezikul navíc určuje jejich zakřivení membrány což je důležitý faktor při studiu fúzních proteinů. SUV mají vyšší zakřivení membrány a vezikuly s vysokým zakřivením membrány mohou podporovat fúzi membrány rychleji než vezikuly s nižším zakřivením membrány, jako jsou GUV.[4]

Složení a vlastnosti buněčné membrány se liší v různých buňkách (rostlinné buňky, buňky savců, bakteriální buňky atd.). V membráně dvouvrstvá často se složení fosfolipidů liší mezi vnitřními a vnějšími letáky. Fosfatidylcholin, fosfatidylethanolamin, fosfatidylserin, fosfatidylinositol a sfingomyelin jsou některé z nejčastějších lipidů, většina buněčných membrán zvířat. Tyto lipidy se značně liší v náboji, délce a stavu nasycení. Přítomnost nenasycených vazeb (dvojných vazeb) v lipidech například vytváří zlom v acylových řetězcích, který dále mění lipidový obal a vede k volnějšímu obalu.[5][6] Proto musí být složení a velikosti unilamelárních liposomů pečlivě zvoleny na základě předmětu studie.

Každý lipidová dvojvrstva struktura je srovnatelná s lamelární fáze lipidová organizace v biologické membrány, obecně. V porovnání, multilamelární liposomy (MLV), se skládají z mnoha soustředných amfifilních lipidových dvojvrstev analogických s vrstvami cibule a MLV mohou mít různé velikosti až do několika mikrometrů.

Příprava

Malý Unilamellar Vesicles and Large Unilamellar Vesicles

Existuje několik metod přípravy unilamelárních liposomů a protokoly se liší podle typu požadovaných unilamelárních vezikul. Různé lipidy lze zakoupit buď rozpuštěné chloroform nebo jako lyofilizován lipidy. V případě lyofilizovaných lipidů mohou být solubilizovány v chloroformu. Lipidy se poté smísí s požadovaným molárním poměrem. Potom se chloroform odpaří pomocí mírného proudu dusíku (aby se zabránilo kontaktu kyslíku a oxidaci lipidů) při teplotě místnosti. A rotační výparník lze použít k vytvoření homogenní vrstvy liposomů. Tento krok odstraní většinu chloroformu. Aby se odstranily zbytky zachyceného chloroformu, lipidy se umístí pod vakuum od několika hodin do noci. Dalším krokem je rehydratace, kdy jsou sušené lipidy resuspendovány v požadovaném pufru. Lipidy lze vířit několik minut, aby bylo zajištěno, že všechny lipidové zbytky budou znovu suspendovány. SUV lze získat dvěma způsoby. Buď sonikace (například s 1sekundovými impulsy ve 3 Hz cyklech při výkonu 150 W) nebo vytlačováním. Při extrudační metodě je lipidová směs 10 nebo vícekrát vedena přes membránu.[7][8] V závislosti na velikosti membrány lze získat buď SUV, nebo LUV. Udržování vezikul pod argonem a mimo kyslík a světlo může prodloužit jejich životnost.

Obří unilamelární vezikuly

Přirozené bobtnání: při této metodě se rozpustné lipidy v chloroformu pipetují na teflonový kruh. Chloroform se nechá odpařit a kruh se poté na několik hodin umístí pod vakuum. Poté se přes teflonový kruh opatrně přidá vodný pufr a lipidy se nechají přirozeně bobtnat za vzniku GUV přes noc. nevýhodou této metody je, že se tvoří velké množství multilamelárních vezikul a lipidových zbytků.

Elektroformace: U této metody se lipidy umístí na vodivé krycí sklo (oxid india a cínu nebo sklo potažené ITO) místo teflonového prstence a po vakuování se na sušené lipidy umístí pufr a ten se sendvičuje pomocí druhého vodivého krycího skla. Dále se aplikuje elektrické pole s určitou frekvencí a napětím, které podporuje tvorbu GUV. U polynenasycených lipidů může tato technika vyvolat významný oxidační účinek na vezikuly.[9] Generování GUV je nicméně velmi běžná a spolehlivá technika.

Další metodou přípravy GUV pomocí elektroformace je Elektroformace na Pt vodičích. Mikrofluidika a otok za pomoci gelu (otok za pomoci agarózy nebo otok za pomoci PVA) jsou dvě další techniky používané při přípravě GUV.[10]

Aplikace

Fosfolipid liposomy jsou použity jako cílené dodávka léků systémy.[11] Hydrofilní léky mohou být přepravovány jako roztok uvnitř SUV nebo MLV a hydrofobní léky mohou být začleněny do lipidová dvojvrstva těchto liposomů. Pokud jsou vstřikovány do oběhu lidského / zvířecího těla, jsou přednostně absorbovány MLV fagocytující buňky, a tedy léky mohou být zaměřeny na tyto buňky. Pro obecnou nebo celkovou dodávku lze použít SUV. Pro lokální aplikace na kůži, speciální lipidy, jako jsou fosfolipidy a sfingolipidy mohou být použity k výrobě liposomů bez léků jako zvlhčovačů a s léky, jako jsou aplikace proti ultrafialovému záření.

V biomedicínském výzkumu jsou unilamelární liposomy nesmírně užitečné pro studium biologických systémů a napodobování buněčných funkcí.[3] Jelikož je živá buňka velmi složitá ke studiu, unilamelární liposomy poskytují jednoduchý nástroj ke studiu událostí membránové interakce, jako je fúze membrány, lokalizace proteinů v plazmatické membráně, studium iontových kanálů atd.

Viz také

Reference

  1. ^ Rideau, Emeline; Dimova, Rumiana; Schwille, Petra; Wurm, Frederik R .; Landfester, Katharina (2018). „Liposomy a polymersomy: srovnávací přehled směrem k napodobování buněk“. Recenze chemické společnosti. 47 (23): 8572–8610. doi:10.1039 / C8CS00162F. ISSN  0306-0012. PMID  30177983.
  2. ^ Wesołowska, Olga; Michalak, Krystyna; Maniewska, Jadwiga; Hendrich, Andrzej B (2009), „Obří unilamelární vezikuly - dokonalý nástroj pro vizualizaci fázové separace a lipidového voru v modelových systémech“ (PDF), Acta Biochimica Polonica, 56 (1): 33–39, doi:10.18388 / abp.2009_2514, PMID  19287805
  3. ^ A b Rideau, Emeline; Dimova, Rumiana; Schwille, Petra; Wurm, Frederik R .; Landfester, Katharina (04.09.2018). „Liposomy a polymersomy: srovnávací přehled směrem k napodobování buněk“. Recenze chemické společnosti. 47 (23): 8572–8610. doi:10.1039 / c8cs00162f. ISSN  1460-4744. PMID  30177983.
  4. ^ Tareste, David; Shen, Jingshi; Melia, Thomas J .; Rothman, James E. (2008-02-19). „SNAREpin / Munc18 podporuje adhezi a fúzi velkých vezikul na obří membrány“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (7): 2380–2385. Bibcode:2008PNAS..105.2380T. doi:10.1073 / pnas.0712125105. ISSN  1091-6490. PMC  2268145. PMID  18268324.
  5. ^ Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002). „Lipidová dvojvrstva“. Molekulární biologie buňky (4. vydání).
  6. ^ Weijers, Rob N.M. (září 2012). „Složení lipidů v buněčných membránách a jeho význam pro diabetes mellitus 2. typu“. Aktuální recenze cukrovky. 8 (5): 390–400. doi:10.2174/157339912802083531. ISSN  1573-3998. PMC  3474953. PMID  22698081.
  7. ^ "Příprava velkých unilamelárních vezikul vytlačováním (LUVET) | Avanti Polar Lipids". Avanti polární lipidy. Citováno 2018-10-29.
  8. ^ Cho, Nam-Joon; Hwang, Lisa Y .; Solandt, Johan J. R .; Frank, Curtis W. (08.08.2013). „Srovnání extrudovaných a sonikovaných vezikulů pro samosestavení planární dvojvrstvy“. Materiály. 6 (8): 3294–3308. Bibcode:2013Mate .... 6.3294C. doi:10,3390 / ma6083294. ISSN  1996-1944. PMC  5521307. PMID  28811437.
  9. ^ Zhou, Yong; Berry, Christina K .; Storer, Patrick A .; Raphael, Robert M. (únor 2007). "Peroxidace polynenasycených fosfatidyl-cholinových lipidů během elektroformace". Biomateriály. 28 (6): 1298–1306. doi:10.1016 / j.biomaterials.2006.10.016. ISSN  0142-9612. PMID  17107709.
  10. ^ Stein, Hannah; Spindler, Susann; Bonakdar, Navid; Wang, Chun; Sandoghdar, Vahid (2017). „Výroba izolovaných obrovských unilamelárních vezikul ve vysokých koncentracích solí“. Hranice ve fyziologii. 8: 63. doi:10.3389 / fphys.2017.00063. ISSN  1664-042X. PMC  5303729. PMID  28243205.
  11. ^ Noyhouzer, Tomer; L’Homme, Chloé; Beaulieu, Isabelle; Mazurkiewicz, Stephanie; Kuss, Sabine; Kraatz, Heinz-Bernhard; Canesi, Sylvain; Mauzeroll, Janine (03.05.2016). „Fosfolipid modifikovaný ferocenem: inovativní prekurzor pro redoxně spouštěné vezikuly dodávající léčiva selektivní k rakovinovým buňkám“. Langmuir. 32 (17): 4169–4178. doi:10.1021 / acs.langmuir.6b00511. ISSN  0743-7463. PMID  26987014.