stringtranslate.com

Однослойная липосома

Однослойная липосома представляет собой сферическую липосому , везикулу , ограниченную одним бислоем амфифильного липида или смесью таких липидов, содержащую водный раствор внутри камеры. Однослойные липосомы используются для изучения биологических систем и имитации клеточных мембран и подразделяются на три группы в зависимости от их размера: небольшие однослойные липосомы/везикулы (SUV) с диапазоном размеров 20–100 нм, большие однослойные липосомы/везикулы (LUV) с диапазоном размеров 100–1000 нм и гигантские однослойные липосомы/везикулы (GUV) с диапазоном размеров 1–200 мкм. [1] GUV в основном используются в качестве моделей биологических мембран в исследовательской работе. [2] Животные клетки имеют размер 10–30 мкм, а растительные клетки — обычно 10–100 мкм. Даже более мелкие клеточные органеллы, такие как митохондрии, обычно имеют размер 1–2 мкм. Поэтому правильная модель должна учитывать размер изучаемого образца. [1] Кроме того, размер везикул определяет кривизну их мембраны , что является важным фактором при изучении белков слияния. 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 мембранном бислое часто состав фосфолипидов различается между внутренними и внешними листками. Фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол и сфингомиелин являются одними из наиболее распространенных липидов большинства мембран животных клеток. Эти липиды сильно различаются по заряду, длине и состоянию насыщения. Например, наличие ненасыщенных связей (двойных связей) в липидах создает перегиб в ацильных цепях, что дополнительно изменяет упаковку липидов и приводит к более рыхлой упаковке. [4] [5] Поэтому состав и размеры однослойных липосом должны быть тщательно выбраны на основе предмета исследования.

Каждая липидная бислойная структура сопоставима с организацией ламеллярной фазы липидов в биологических мембранах в целом. Напротив, многослойные липосомы (MLV) состоят из множества концентрических амфифильных липидных бислоев, аналогичных слоям лука, и MLV могут иметь различные размеры до нескольких микрометров.

Подготовка

Мелкие однослойные везикулы и крупные однослойные везикулы

Существует несколько методов приготовления однослойных липосом, и протоколы различаются в зависимости от типа желаемых однослойных везикул. Различные липиды можно купить либо растворенными в хлороформе , либо в виде лиофилизированных липидов. В случае лиофилизированных липидов их можно солюбилизировать в хлороформе. Затем липиды смешивают в желаемом молярном соотношении. Затем хлороформ выпаривают с помощью слабого потока азота (чтобы избежать контакта с кислородом и окисления липидов) при комнатной температуре. Для формирования однородного слоя липосом можно использовать роторный испаритель . На этом этапе удаляется основная часть хлороформа. Чтобы удалить остатки захваченного хлороформа, липиды помещают под вакуум на несколько часов или на ночь. Следующий этап — регидратация, при которой высушенные липиды повторно суспендируют в желаемом буфере. Липиды можно встряхивать в течение нескольких минут, чтобы гарантировать, что все липидные остатки повторно суспендируются. SUV можно получить двумя способами. Либо путем обработки ультразвуком (например, с 1-секундными импульсами в циклах 3 Гц при мощности 150 Вт), либо путем экструзии. При методе экструзии липидная смесь пропускается через мембрану 10 или более раз. [6] [7] В зависимости от размера мембраны можно получить либо SUV, либо LUV. Хранение везикул под аргоном и вдали от кислорода и света может продлить их жизнь.

Гигантские однослойные везикулы

Естественное набухание: в этом методе растворимые липиды в хлороформе пипетируются на тефлоновое кольцо. Хлороформу дают испариться, а затем кольцо помещают под вакуум на несколько часов. Затем водный буфер осторожно добавляют поверх тефлонового кольца, и липидам дают возможность естественным образом набухнуть, образуя GUV в течение ночи. Недостатком этого метода является то, что образуется большое количество многослойных везикул и липидных остатков.

Электроформирование: в этом методе липиды помещаются на проводящее покровное стекло (оксид индия и олова или стекло с покрытием ITO) или на Pt-провода вместо тефлонового кольца, и после вакуумирования на высушенные липиды помещается буфер, и он зажимается с помощью второго проводящего покровного стекла. Затем применяется электрическое поле с определенной частотой и напряжением, которое способствует образованию GUV. Для полиненасыщенных липидов этот метод может вызывать значительный окислительный эффект на везикулы. [8] Тем не менее, это очень распространенный и надежный метод для создания GUV. Существуют модифицированные подходы, которые используют набухание с помощью геля (набухание с помощью агарозы или набухание с помощью ПВА) для образования GUV в более биологически значимых условиях. [9]

Существует множество методов инкапсуляции биологических реагентов в GUV с использованием интерфейсов вода-масло в качестве каркаса для сборки липидных слоев. Это позволяет использовать GUV в качестве контейнеров клеточных мембран для воссоздания (и исследования) биологических функций in vitro. [10] Эти методы инкапсуляции включают микрофлюидные методы, которые позволяют производить везикулы с высоким выходом и постоянными размерами. [11]

Приложения

Фосфолипидные липосомы используются в качестве целевых систем доставки лекарств . [12] Гидрофильные препараты могут переноситься в виде раствора внутри SUV или MLV, а гидрофобные препараты могут быть включены в липидный бислой этих липосом. При введении в кровообращение организма человека/животного MLV преимущественно захватываются фагоцитарными клетками , и, таким образом, препараты могут быть направлены на эти клетки. Для общей или всеобщей доставки могут использоваться SUV. Для местного применения на коже специализированные липиды, такие как фосфолипиды и сфинголипиды, могут использоваться для создания липосом без лекарств в качестве увлажнителей, а также с такими препаратами, как для применения против 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 мембранного взаимодействия, таких как слияние мембран , локализация белков в плазматической мембране, изучение ионных каналов и т. д.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Rideau E, Dimova R, Schwille P, Wurm FR, Landfester K (ноябрь 2018 г.). «Липосомы и полимерсомы: сравнительный обзор в направлении имитации клеток». Chemical Society Reviews . 47 (23): 8572–8610. doi : 10.1039/C8CS00162F . hdl : 21.11116/0000-0002-1554-8 . PMID  30177983.
  2. ^ Wesołowska O, Michalak K, Maniewska J, Hendrich AB (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.
  3. ^ Tareste D, Shen J, Melia TJ, Rothman JE (февраль 2008 г.). «SNAREpin/Munc18 способствует адгезии и слиянию крупных везикул 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 . 
  4. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). «Липидный бислой». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
  5. ^ Weijers RN (сентябрь 2012 г.). «Липидный состав клеточных мембран и его значение при сахарном диабете 2 типа». Current Diabetes Reviews . 8 (5): 390–400. doi :10.2174/157339912802083531. PMC 3474953. PMID  22698081 . 
  6. ^ "Подготовка больших однослойных везикул методом экструзии (LUVET) | Avanti Polar Lipids". Avanti Polar Lipids . Получено 29.10.2018 .
  7. ^ Cho NJ, Hwang LY, Solandt JJ, Frank CW (август 2013 г.). «Сравнение экструдированных и обработанных ультразвуком везикул для самосборки планарного бислоя». Materials . 6 (8): 3294–3308. Bibcode :2013Mate....6.3294C. doi : 10.3390/ma6083294 . PMC 5521307 . PMID  28811437. 
  8. ^ Zhou Y, Berry CK, Storer PA, Raphael RM (февраль 2007 г.). «Перекисное окисление полиненасыщенных фосфатидилхолиновых липидов во время электроформирования». Biomaterials . 28 (6): 1298–306. doi :10.1016/j.biomaterials.2006.10.016. PMID  17107709.
  9. ^ Stein H, Spindler S, Bonakdar N, Wang C, Sandoghdar V (2017). «Производство изолированных гигантских однослойных везикул при высоких концентрациях соли». Frontiers in Physiology . 8 : 63. doi : 10.3389/fphys.2017.00063 . PMC 5303729. PMID  28243205 . 
  10. ^ ab Litschel T, Schwille P (март 2021 г.). «Восстановление белка внутри гигантских однослойных везикул». Annual Review of Biophysics . 50 : 525–548. doi : 10.1146/annurev-biophys-100620-114132. PMID  33667121. S2CID  232131463.
  11. ^ Sato Y, Takinoue M (март 2019). «Создание искусственных клеточноподобных структур с помощью технологий микрофлюидики». Micromachines . 10 (4): 216. doi : 10.3390/mi10040216 . PMC 6523379 . PMID  30934758. 
  12. ^ Noyhouzer T, L'Homme C, Beaulieu I, Mazurkiewicz S, Kuss S, Kraatz HB и др. (май 2016 г.). «Фосфолипид, модифицированный ферроценом: инновационный предшественник для везикул доставки лекарств, активируемых окислительно-восстановительным процессом, селективных к раковым клеткам». Langmuir . 32 (17): 4169–78. doi :10.1021/acs.langmuir.6b00511. PMID  26987014.