Використання ліпосом у
біології та медицині
Вступ
У 1971 р. було розпочато перші спроби включення в ліпосоми ферментів.
Надалі розроблялися ліпосомальні форми деяких протипухлинних препаратів,
антибіотиків, гормонів [9]. Сьогодні напрям практичного використання ліпосом
розвивається дуже активно. Здатність ліпосом містити в собі різноманітні
речовини практично без обмежень відносно їхньої хімічної природи, властивостей
і розміру молекул надає унікальні можливості для розв’язання деяких медичних
проблем [1, 5].
Багато лікарських препаратів мають низьку терапевтичну ефективність, тобто
концентрація, в якій вони здійснюють лікувальну дію, мало відрізняється від
концентрації, за якої препарат стає токсичним. В інших випадках лікарський
препарат при введенні в організм може швидко втрачати активність під впливом
інактивуючих агентів. Включення таких препаратів у ліпосоми може значно
підвищити їх терапевтичну ефективність, оскільки, з одного боку, препарат, який
міститься в ліпосомі, захищений її мембраною від дії несприятливих факторів, а
з іншого – та сама мембрана не дозволяє токсичному препарату перевищити
припустиму концентрацію в біологічних рідинах організму [3, 4]. Ліпосома при
цьому виконує роль переносника, з якого препарат вивільняється поступово, у
потрібних дозах та місцях і впродовж певного проміжку часу.
Поняття про ліпосому
Поняття «ліпосома» стосується будь-яких ліпідних бішарових структур, вміст
яких є водним розчином якоїсь речовини [1, 3]. Вони є широко розповсюдженою
моделлю біологічних мембран. Ліпосоми являють собою замкнені сферичні пухирці,
утворені з амфіфільних речовин, таких як фосфоліпіди (дифільність або
амфіфільність, тобто здатність одних частин макромолекули віддавати перевагу,
наприклад, полярному оточенню, а інших – неполярному). При взаємодії з водними
розчинами ці речовини самоорганізуються у двошарові мембрани.
Ліпосоми отримують з природних ліпідів, і тому вони нетоксичні, не
викликають небажаних імунних реакцій, підлягають біологічній деградації, тобто
руйнуються під дією звичайних ферментів, які присутні в організмі і тому їх
можна вважати ідеальними переносниками лікарських препаратів [16]. Ліпосоми
ефективно захищають включені до них речовини від контакту із ферментними
системами організму, запобігаючи передчасній інактивації препарату [13].
Важливу роль відіграє характер взаємодії ліпосом з клітинами [12]. Ліпосома
може збільшити проникність мембрани, викликаючи утворення додаткових каналів;
може прикріпитися до мембрани клітини – адсорбуватися; може поглинатися
клітиною – у цьому разі речовина, принесена ліпосомою, потрапляє безпосередньо
у клітину; іноді клітинна мембрана і ліпосома обмінюються ліпідами; в інших
випадках мембрани ліпосоми й клітини зливаються. Найпростішою формую взаємодії
з клітиною є адсорбція ліпосоми на клітинній поверхні [7, 12]. Далі ліпосоми
можуть поглинатися клітинами шляхом ендоцитозу, і разом з ними всередину
клітини потрапляють доставлені речовини. Також ліпосоми можуть зливатися з
мембранами клітин й ставати їх складовими. При цьому можуть змінюватися властивості
клітинних мембран: наприклад, їхня в'язкість і проникність, величина
електричного заряду. Може також збільшитися чи зменшитися кількість каналів,
які є у мембрані [16]. Таким чином, завдяки ліпосомам з’являється новий спосіб
спрямованого впливу на клітину, який можна назвати «мембранною інженерією».
Використання ліпосом у медицині
Найперспективнішим напрямом використання ліпосомальних форм є лікування
раку, причому з використанням таких сполук, які активізують захисні властивості
самого організму [12]. Ліпосоми навантажують препаратами, активними проти
широкого кола злоякісних пухлин, що дозволяє істотно поліпшили терапевтичну
ефективність протипухлинних препаратів і знизили їхню токсичність порівняно з
вільними формами. Окремим напрямком введення препаратів є трансдермальне
введення ліпосом, яке на відміну від внутрішньовенного, викликає сильнішу
імунну відповідь.
Як носії лікарських препаратів ліпосоми, мають ряд переваг: вони захищають
клітини організму від токсичної дії лікарських засобів, пролонгують дію
введеного в організм лікарського засобу, захищають лікарські речовини від
деградації, сприяють спрямованій специфічності за рахунок селективної
проникності з крові в тканини, змінюють фармакокінетику лікарських препаратів,
підвищуючи їх фармакологічну ефективність, дозволяють створювати водорозчинну
форму низки лікарських субстанцій, таким чином збільшуючи їх біодоступність. Ліпосоми
дозволяють препарату проникнути в ті ділянки, куди без ліпосом вони потрапити
не можуть [15, 16].
Після введення в організм значна частина ліпосом поглинається клітинами
ретикулоендотеліальної системи (РЕС) (у печінці, селезінці, кістковому мозку,
лімфатичних вузлах і кровотоці), яка складається в основному з макрофагів, які
знищують чужорідні для організму речовини. Для запобігання цьому використовують
ліпосоми із сильно гідрофільною поверхнею за рахунок ковалентно зв’язаного
синтетичного полімеру поліетиленгліколю (ПЕГ), що приводить до підвищення
осмотичного тиску навколо ліпосом і перешкоджає їх зближенню з клітиною [12].
ПЕГ з молекулярною масою 1,5-5 кДа ковалентно зв’язують із
фосфатидилетаноламіном, і такий кон’югований ліпід у кількості не більше 10%
включають в ліпосоми. Вважають, що сильно гідратована полімерна «шуба» утруднює
адсорбцію антитіл та інших захисних білків на поверхні таких ліпосом, у
результаті чого макрофаги не сприймають їх як чужорідні частинки, що підлягають
видаленню [2, 12]. У результаті цього час життя ліпосом у системі кровообігу
перевищує 2 доби. Ці ліпосоми одержали назву пегільовані липосоми, і вони є
невидимими для клітин РЕС і довгий час циркулюють у крові [3]. Їх також
називають «ліпосоми-невидимки» (від англ. stealth liposomes) [2, 5, 12].
Новим перспективним напрямом у створенні є розробка імуноліпосом. Це
ліпосоми, до яких прикріплені моноклональні антитіла [3, 10, 12]. Останні
забезпечують специфічне зв’язування ліпосом з антигенпозитивними клітинами, а
ліпосоми доставляють відповідний гідрофобний чи гідрофільний хіміотерапевтичний
препарат [8].
Заключення
Модель «ідеальної» ліпосоми як засобу направленої доставки лікарської
речовини в клітину включає розташовану у внутрішньому об’ємі лікарську
речовину, іммобілізовані на її поверхні гнучкі ланцюги полімеру для зменшення
поглинання клітинами РЕС, інкорпоровані в мембрану білки злиття для
розпізнавання певних клітин [9, 11, 14]. Крім того, мембрана складається не
тільки із звичайних фосфоліпідів, які створюють бішар (найчастіше – це
фосфатидилхолін), але й ліпідів, що сприяють злиттю з мембраною клітини
(наприклад, діолеоїлфосфатидилетаноламін [9].
Література
1. Барсуков Л. И. Липосомы / Л. И. Барсуков // Сорос.
образов. журн. – 1998. – № 10. – С.12–19.
2. Барсуков Л. И. Как собрать мембрану (Солюбилизация и
реконструкция мембран) / Л. И. Барсуков // Сорос. образов. журн. – 2004. – № 1.
– С.34–39.
3. Варпаховская И. Липосомальные формы лекарственных средств
/ И. Варпаховская // Ремедиум. – 1999. – № 5. – С. 26–34.
4. Ганглиозиды – рецепторы бактериальных токсинов и других
биологически активных веществ / В. И. Ефременко, Н. И. Нарбутович, Н. Ф. Ходова
и др. // Аннотированный библиографический указатель отечественной и
зарубежной литературы 1976–1986 гг. – Волгоград: Б.и., 1988. – С. 202.
5. Кобринский Г. Липосомы в медицине / Г. Кобринский //
Наука и жизнь. – 1988. – № 6. – С. 23–30.
6. Костюк О. П. Физиологические и терапевтические
свойства лактобактерий / О. П. Костюк, Л. И. Чернышова, А. П. Волоха
// Педиатрия. – 1998. – № 1. – С. 71–76.
7. Медикаментозное преодоление анатомических и клеточных
барьеров с помощью липосом / Под ред. Л. М. Кузяковой, В. И. Ефременко. –
Ставрополь: Б.и., 2000. – 170 с.
8. Невирусный перенос генов in vivo в генной терапии / Е. В.
Богданенко, Ю. В. Свиридов, А. А. Московцев и др. // Вопросы медицинской
химии. –2000. – № 3. – С. 27–33.
9. Остапченко Л. І. Біологічні мембрани: методи дослідження
структури та функцій / Л. І. Остапченко, І. В. Михайлик. – К.:
Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2006. – 215 с.
10. Осто М. Дж. Липосомы / М. Дж. Осто // В мире науки. – 1987. – № 3. –
С. 56–62.
11. Саатов Т. С. Аутологичные липосомы / Т. С. Саатов, Э. И. Исаев,
С. А. Бурханов // Вестн. акад. мед. наук СССР. – 1990. – № 8. – С.
47–50.
12. Тенденции в развитии исследований в области липосом: обзор патентной
литературы / Н. Ю. Несытова, Н. С. Палева, Е. В.Ильина и др. // Вест. АМН СССР.
– 1990. – № 10. – С. 8–29.
13. Эванз У. Г. Биологические мембраны. Методы / У. Г. Эванз / Под ред.
Дж. Б. Финдлея. – М.: Мир, 1990. – 424 с.
14. Dapergolas G. Penetration of target areas in the rat by liposome –
associated bleomycin, glucose oxidase and insulin / G. Dapergolas, E. D.
Neerunjun, G. Gregoriadis // FEBS Lett. – 1976. – Vol. 63. – P. 235–239.
15. Goren D., Horowitz A.T., Zalipsky S. Targeting of stealth liposomes to
er-B2 (Her/2) receptor: in vitro and in vivo studies // Br. J. Cancer. – 1996.
– Vol. 74. – P. 1749–1756.
16. Juliano B.L. The effect of particle size and change on the clerance rates
of liposomes and liposome encapsulated drugs / B. L. Juliano, D. Stamp //
Biochem. Biophys. Res. Com. – 1975. – Vol. 63. – P. 651–658.