Однослойная липосома - Unilamellar liposome

А однослойный липосома представляет собой сферическую камеру / везикулу, ограниченную одним бислоем амфифильный липид или смесь таких липидов, содержащая водный раствор внутри камеры. Однослойные липосомы используются для изучения биологических систем и для имитации клеточных мембран, и их классифицируют на три группы в зависимости от их размера: небольшие однослойные липосомы / везикулы (SUV) с диапазоном размеров от 20 до 100 нм, большие однослойные липосомы / везикулы ( LUVs) размером 100–1000 нм и гигантские однослойные липосомы / везикулы (GUV) размером 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.[3] Кроме того, размер пузырьков определяет их кривизна мембраны 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.[4]

Состав и характеристики клеточной мембраны различаются в разных клетках (растительные клетки, клетки млекопитающих, бактериальные клетки и т. Д.). В мембране двухслойный, часто состав фосфолипидов различается между внутренними и внешними листочками. 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 перегиб в ацильных цепях, который дополнительно изменяет упаковку липидов и приводит к более рыхлой упаковке.[5][6] Следовательно, состав и размеры однослойных липосом необходимо тщательно выбирать в зависимости от предмета исследования.

Каждый липидный бислой структура сопоставима с ламеллярная фаза липидная организация в биологические мембраны, в целом. В отличие, многослойные липосомы (MLV) состоят из множества концентрических амфифильных липидных бислоев, аналогичных слоям лука, и MLV могут иметь переменные размеры до нескольких микрометров.

Подготовка

Маленький Однослойные пузырьки и большие однослойные пузырьки

Существует несколько методов приготовления однослойных липосом, и протоколы различаются в зависимости от типа желаемых однослойных везикул. Можно купить разные липиды, растворенные в хлороформ или как лиофилизированный липиды. В случае лиофилизированных липидов их можно солюбилизировать 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. А роторный испаритель можно использовать для образования однородного слоя липосом. На этом этапе удаляется основная часть хлороформа. Чтобы удалить остатки захваченного хлороформа, липиды помещают под вакуум от нескольких часов до ночи. Следующим шагом 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 по обработка ультразвуком (например, с импульсами в 1 секунду в циклах 3 Гц при мощности 150 Вт) или путем экструзии. В методе экструзии липидную смесь пропускают через мембрану 10 или более раз.[7][8] В зависимости от размера мембраны можно получить внедорожники 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 помещаются на токопроводящее покровное стекло (оксид индия и олова или стекло с покрытием ITO) вместо тефлонового кольца, а после вакуумирования на высушенные липиды помещается буфер, который помещается в сэндвичи с использованием второго токопроводящего покровного стекла. Затем прикладывается электрическое поле определенной частоты и напряжения, которое способствует образованию ГУВ. Для полиненасыщенных липидов этот метод может вызвать значительный окислительный эффект на везикулы.[9] Тем не менее, это очень распространенный и надежный метод создания GUV.

Другой метод подготовки GUV с помощью гальванопластики - это гальванопластика на Pt-проволоке. Микрофлюидизация и набухание с помощью геля (набухание с помощью агарозы или набухание с помощью PVA) - два других метода, используемых при приготовлении GUV.[10]

Приложения

Фосфолипид липосомы используются как целевые доставки лекарств системы.[11] Гидрофильный лекарства могут перевозиться в виде раствора внутри внедорожников или MLV и гидрофобный лекарства могут быть включены в липидный бислой этих липосом. При попадании в организм человека / животного МЖВ предпочтительно поглощаются фагоцитарные клетки, и, таким образом, лекарства могут быть нацелены на эти клетки. Для общей или полной доставки могут использоваться внедорожники. Для местного применения на коже специальные липиды, такие как фосфолипиды и сфинголипиды может использоваться 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.[3] Поскольку живую клетку очень сложно изучать, однослойные липосомы предоставляют простой инструмент для изучения событий взаимодействия мембран, таких как мембранный сплав, локализация белков в плазматической мембране, изучение ионных каналов и др.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ридо, Эмелин; Димова, Румиана; Швилле, Петра; Wurm, Frederik R .; Ландфестер, Катарина (2018). «Липосомы и полимерсомы: сравнительный обзор имитации клеток». Обзоры химического общества. 47 (23): 8572–8610. Дои:10.1039 / C8CS00162F. ISSN  0306-0012. PMID  30177983.
  2. ^ Весоловская, Ольга; Михалак, Кристина; Маневска, Ядвига; Хендрих, Анджей Б (2009), «Гигантские однослойные везикулы - идеальный инструмент для визуализации фазового разделения и липидного рафтинга в модельных системах» (PDF), Acta Biochimica Polonica, 56 (1): 33–39, Дои:10.18388 / abp.2009_2514, PMID  19287805
  3. ^ а б Ридо, Эмелин; Димова, Румиана; Швилле, Петра; Wurm, Frederik R .; Ландфестер, Катарина (2018-09-04). «Липосомы и полимерсомы: сравнительный обзор имитации клеток». Обзоры химического общества. 47 (23): 8572–8610. Дои:10.1039 / c8cs00162f. ISSN  1460-4744. PMID  30177983.
  4. ^ Таресте, Давид; Шэнь, Цзинши; Melia, Thomas J .; Ротман, Джеймс Э. (19 февраля 2008 г.). «SNAREpin / Munc18 способствует адгезии и слиянию больших везикул с гигантскими мембранами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (7): 2380–2385. Bibcode:2008ПНАС..105.2380Т. Дои:10.1073 / pnas.0712125105. ISSN  1091-6490. ЧВК  2268145. PMID  18268324.
  5. ^ Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2002). «Липидный бислой». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
  6. ^ Вейерс, Роб Н.М. (сентябрь 2012 г.). «Липидный состав клеточных мембран и его значение при сахарном диабете 2 типа». Текущие обзоры диабета. 8 (5): 390–400. Дои:10.2174/157339912802083531. ISSN  1573-3998. ЧВК  3474953. PMID  22698081.
  7. ^ «Подготовка больших однослойных везикул экструзией (LUVET) | Avanti Polar Lipids». Avanti Polar Lipids. Получено 2018-10-29.
  8. ^ Чо, Нам-Джун; Хван, Лиза Ю .; Solandt, Johan J. R .; Фрэнк, Кертис В. (5 августа 2013 г.). «Сравнение выдавленных и обработанных ультразвуком везикул для самосборки плоского бислоя». Материалы. 6 (8): 3294–3308. Bibcode:2013 Mate .... 6.3294C. Дои:10.3390 / ma6083294. ISSN  1996-1944. ЧВК  5521307. PMID  28811437.
  9. ^ Чжоу Юн; Берри, Кристина К .; Сторер, Патрик А .; Рафаэль, Роберт М. (февраль 2007 г.). «Перекисное окисление полиненасыщенных липидов фосфатидилхолина при гальванопластике». Биоматериалы. 28 (6): 1298–1306. Дои:10.1016 / j.biomaterials.2006.10.016. ISSN  0142-9612. PMID  17107709.
  10. ^ Штейн, Ханна; Шпиндлер, Сюзанна; Бонакдар, Навид; Ван, Чун; Сандогдар, Вахид (2017). «Производство изолированных гигантских однослойных везикул при высоких концентрациях соли». Границы физиологии. 8: 63. Дои:10.3389 / fphys.2017.00063. ISSN  1664-042X. ЧВК  5303729. PMID  28243205.
  11. ^ Нойхаузер, Томер; L’Homme, Хлоя; Болье, Изабель; Мазуркевич, Стефани; Кусс, Сабина; Краатц, Хайнц-Бернхард; Канези, Сильвен; Маузеролл, Жанин (2016-05-03). "Ферроцен-модифицированный фосфолипид: инновационный предшественник для везикул доставки лекарств, запускаемых окислительно-восстановительным механизмом, селективных к раковым клеткам". Langmuir. 32 (17): 4169–4178. Дои:10.1021 / acs.langmuir.6b00511. ISSN  0743-7463. PMID  26987014.