ნანოტექნოლოგია: ლიპოსომები

liposome-600x272

სხვადასხვა დაავადებების მკურნლობის დროს, მიუხედავად იმისა რომ დაავადების კერები კონკრეტულ ორგანოებზე და ქსოვილებზეა განლაგებული (მაგალითაც ციროზის დროს ღვიძლში), წამალი მთელს სხეულში მეტ-ნაკლებად თანაბრად ნაწილდება სისხლძარღვთა ცირკულაციური სისტემის გამო, ამის გამო საჭიროა დოზის გაზრდა, რაც თავის მხრივ გვერდით ეფექტებსა და უკუჩვენებებს იწვევს. მეორეს მხრივ სისხლის იმუნური სისტემის შემადგენელ კომპონენტებს ახასიათებს გარკვეულ ნაერთა დაშლის თვისება. ამიტომ ზოგიერთი პრეპარატის სისხლში შეყვანა არ არის პერსპექტიული, ვინაიდან პრეპარატი დაიშლება მანამ, სანამ ის მიაღწევს დანიშნულების ადგილას. ამიტომ მკურნალობის ეფექტურად წარმართვისთვის, განსაკუთრებით ისეთი ტოქსიკური წამლების გამოყენებისას, რომლებიც კურნავენ თვით დაავადებას, მაგრამ აზიანებენ სხვა ქსოვილებს, საჭირო გახდა მეცნიერებს შეექმნათ წამლის გადამტანი საშუალებები, რომლებიც დანიშნულების ადგილზე მიტანდა წამალს საჭირო კონცენტრაციით ისე, რომ არ შეეხობოდა სხვა ორგანოებს და დაიცავდა გადასატან ნივთიერებას (წამალს) ფერმენტული ცილების დამანგრეველი მოქმედებისაგან.

ერთ-ერთი ამგვარ გადამტანს წარმოადგენს ლიპოსომები, სფეროსებური ვეზიკულები, რომელიც შედგება ფოსფოლიპიდური ბიშრესაგან, პირველად აღწერილ იქნა 60-იან წლებში. მათი წარმოება არის ადვილი და დღეისათვის ის გამოიყენება მეცნიერების სხვადასხვა სფეროებში მათემატიკისა და თეორული ფიზიკის ჩათვლით, ბიოფიზიკაში, ქიმიაში, ბიოქიმიაში და ბიოლოგიაში. ლიპოსომები გამოჩნდა უკვე ფარმაციულ ინდუსტრიაში, როგორც წამლის გადამტანი სისტემები. კვლევები ლიპოსომების ტექნოლოგიაზე პროგრესირდა ჩვეულებრივი ვეზიკულებიდან “მეორე თაობის” ლიპოსომებით, რაც გულისხმობს ლიპიდური შემადგენლობის მოდულირებას სისხლში ხანგრძლივი ცირკულაციისთვის, ასევე ზომის, ზედაპირული მუხტის ცვლილების, აგრეთვე ისეთი აქტიური მოლეკულების (მაგ, გლიკოლიპიდები, ცილები) ინტეგრაციით, რომელიც საშუალებას მისცემს ლიპოსომას დაუკავშირდეს უჯრედს რეცეპტორული გზით, რაც უკვე ლიპოსომას მიზანმიმართულს ხდის.

ლიპოსომების სტრუქტურული კომპონენტია ამფიპათიკური ლიპიდები, ანუ ლიპიდები, რომლებსაც გააჩნია ჰიდროფილური (წყლისმოყვარული) პოლარული, წყალში ხსნადი “თავი” და ჰიდროფობული (წყლისმოძულე), არაპოლარული, წყალში უხსნადი ცხიმოვანმჟავური “კუდი”. მაგალითად ფოსპოლიპიდი შეიცავს ჰიდროფილურ, ფოსფატური ჯგუფის შემცველ თავს და ორ ჰიდროფობულ, ცხიმოვანი მჟავების გრძელ კარბოჰიდრატული ჯაჭვების კუდს, რომელიც კარბოქსილური ჯგუფებით ბოლოვდება.

pharmatutor-art-1348-2

ფოსფოლიპიდების წყალთან დამოკიდებულების ორი განსხვავებული უნარი – ამფიფილობა – არის ლიპიდური ბიშრის წარმოქმნის საფუძველი. ფოსფოლიპიდები წყალში დამატებისას სპონტანურად, თვითაწყობით წარმოქმნიან ვეზიკულებს. ბიშრის წარმოქმნის ფიზიკური მექანიზმებია: 1) ჰიდროფობული ეფექტი იწვევს წყლის ფაზიდან ზეთის გამოყოფას. ვინაიდან წყლის მოწესრიგებულ სტრუქტურაში ლიპიდების ცხიმოვანი მჟავების ნახშირბადური ჯაჭვების ლოკალიზაცია ენერგეტიკულად არ არის მომგებიანი, ლიპიდების ჰიდროფობული კუდები განიდევნებიან წყლის მიერ, მაშინ როდესაც ლიპიდების ჰიდროფილური თავები იზიდავენ წყალს.  2) ცხიმოვანი მჟავის კუდები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ვან დერ ვაალსის ძალებით ( სუსტი არაკოვალენტური მოლეკულური ურთიერთქმედება, რომელიც არ მოითხოვს ელექტრონის გაზიარებას) 3) ლიპიდების თავები ურთიერთქმედებენ წყლის მოლეკულებთან წყალბადური ბმების საშუალებით (წყალბადური ბმა – მოლეკულათაშორისი არაკოვალენტური ბმები წყალბადის ატომისა და სხვა მოლეკულების დაუწყვილებელ ელექტრონულ წყვილებს შორის).

liposome

მემბრანის მიერ დახურული სივრცის შექმნის მექანიზმი (Bruce Alberts et al., Molecular Biology of Cell, 4th Edition)

ლიპოსომა შეგვიძლია განვიხილოთ როგორც ბიოლოგიური უჯრედის მემბრანის მოდელი. გარდა ლიპოსომების ქიმიური შემადგენლობისა, რომელიც განსაზღვრავს ისეთ თვისებებს, როგორიცაა მემბრანის თხევადობა, მუხტის სიმკვრივე და განვლადობა, ლიპოსომები შეიძლება დახასიათდნენ მათი ზომების და ფორმის მიხედვითაც. თეორულად გამოთვლილი უმცირესი მიღებადი ლიპოსომების ზომიდან, 15 ნმ (ნანომეტრი), რომელიც განისაზღვრება მაქსიმალური შესაძლო თავშეყრიდან, რის საშუალებასაც თავაკის ჯგუფები იძლევიან, 1000 ნმ-ის (1 მიკრონის ტოლი დიამეტრით), ან უფრო დიდი, ცოცხალი უჯრედების ზომებისა.

image

კრიო-ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროსკოპიით (Cryo-TEM) გადაღებული უნილამელარული ლიპოსომები

ლიპოსომების ურთიერთქმედებამ უჯრედულ მემბრანასთან შეიძლება მიიღოს სხვადასხვა ფორმა. მაგალითად, ლიპოსომა შეიძლება “შთანთქოს” უჯრედმა (ამ პროცესს ეწოდება ფაგოციტოზი / ენდოციტოზი) და ლიპოსომასთან ერთად უჯრედის შიგნით აღმოჩნდება ის ნივთიერებები, რომელიც მან მიიტანა. ასევე ლიპოსომა შეიძლება შეერწყას უჯრედის მემბრანას და გახდეს მისი ნაწილი, ხოლო მის მიერ მიტანილი ნივთიერებები “ჩაიღვაროს” უჯრედის ციტოპლაზმაში, როგორც ეს ქვემო სურათშია ილუსტრირებული.

liposome-ppt-15-638

ლიპოსომები in vivo დღემდე გამოიყენება და გააჩნია პერსპექტივები სხვადასხვა სფეროში: დიაგნოსტიკაში, ქიმიოთერაპიაში, ინფექციურ დაავადებებში, იმუნოთერაპიაში, გენურ ინჟინერიაში, როგორც ვექტორული სისტემა სასურველი გენეტიკური მასალის შესაყვანად “მასპინძელ” უჯრედში. აგრეთვე შესაძლებელია ლიპოსომების ზედაპირის მოდიფიკაცია სპეციფიური ლიგანდების (პეპტიდები, ცილები, ანტისხეულები, ჰორმონები, ნახშრიწყლოვანი პოლიმერები, მეტალები (მაგნიტური ლიპოსომები და ა.შ.) მიერთებით, რაც  იძლევა საშუალებას ლიპოსომები მივმართოთ სამიზნე ობიექტისკენ. ამავე მიზანს ემსახურება თერმოსენსიტიური ლიპოსომები (მაგალითად, როგორც კაფსულა დაიშლება და გამოანთავისუფლებს წამალს ფიზიოლოგიურ ტემპერატურაზე უფრო მაღალ ტემპერატურაზე – როგორც ცნობილია ანთების კერა მეტად “გახურებულია”), კათიონური ლიპოსომები (ზედაპირულ მუხტმა შეიძლება განაპირობოს უჯრედთან ეფექტური შერწყმა),  pH-სენსიტიური ლიპოსომები (დაიშლება და წამალს გამოანთავისუფლებს მხოლოდ გარკვეული მჟავიანობის არეში) და ა.შ.  1995 წელს, დოქსილი (ლიპოსომ ენკაპსულირებული სიმსივნესაწინააღმდეგო ქიმიოთერაპიული საშუალება დოქსორუბიცინი) გახდა პირველი წამლის გადამტანი ლიპოსომა, რომლის გამოყენება ადამიანებისთვის ნებადართული იქნა FDA-ს მიერ (ამერიკის შეერთებული შტატების ჯანმრთელობის დეპარტამენტის ფედერალური სააგენტო – საკვებისა და მედიკამენტების ადმინისტრაცია Food and Drugs Administration).

liposome

გამოყენებული ლიტერატურა:

  • Liposome: classification, preparation, and applications  – Akbarzadeh et al. Nanoscale Research Letters 2013
  • მემბრანის ბიოფიზიკა – თამარ სანიკიძე, 2009
Advertisements

Leave a comment

Filed under ბიოფიზიკა

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s