3 курс / Фармакология / Интеллектуальные_липидные_наноконтейнеры_в_адресной_доставке_лекарственных
.pdf
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................. |
6 |
|
ГЛАВА |
1. |
|
СТРУКТУРЫ, ОБРАЗУЕМЫЕ ЛИПИДАМИ ................................. |
8 |
|
1. 1. Фазовое поведение липидов ......................................................... |
8 |
|
1.1.1. Разнообразие липидов............................................................... |
8 |
|
1.1.2. Термотропные фазовые переходы липидного бислоя............ |
9 |
|
1.1.3. Полиморфизм липидов............................................................ |
11 |
|
1.1.4. Молекулярные основы полиморфизма.................................. |
13 |
|
1.1.5. Нормальные фазы.................................................................... |
15 |
|
1.1.6. Инвертированные фазы........................................................... |
21 |
|
1.1.7. Разнообразие кубических фаз липидов ................................. |
24 |
|
1.1.8. Внешний вид жидких кристаллов липидов ........................... |
29 |
|
1. 2. Биологическое значение фазовых переходов.......................... |
31 |
|
1.2.1. Локализация липидов в клетках эукариот............................. |
31 |
|
1.2.2. Фазовое поведение липидов плазматической мембраны..... |
32 |
|
1.2.3. Небислойные фазы липидов в клетке.................................... |
34 |
|
1.2.4. Инвертированные структуры в слиянии мембран................ |
35 |
|
1.2.5. Небислойные липиды в функционировании белков ............ |
39 |
|
ГЛАВА 2. |
|
|
ЛИПИДНЫЕ НАНОКОНТЕЙНЕРЫ............................................. |
42 |
|
2.1. Липосомы и другие липидные частицы.................................... |
42 |
|
2.2. Кубосомы и гексосомы в доставке веществ............................. |
47 |
|
2.2.1. Кубические и гексагональные фазы в доставке веществ.... |
52 |
|
2.2.2. Токсичность кубосом из моноолеата глицерина .................. |
54 |
|
2.2.3. Высвобождение веществ из кубосом..................................... |
54 |
|
2.2.4. Кристаллизация белков в кубических и губчатых фазах..... |
56 |
|
2.3. Твердые липидные наночастицы............................................... |
58 |
|
2.3.1. Структура и состав липидных наночастиц............................ |
69 |
|
2.3.2. ТЛН, НЛП и КЛЛ в доставке веществ................................... |
63 |
|
2.4. ДНК/липидные комплексы – липоплексы............................... |
65 |
|
4
2.4.1. Липидный состав липоплексов............................................... |
66 |
|
2.4.2. Структура и свойства липоплексов........................................ |
69 |
|
2.4.3. Взаимодействие липоплексов с клеткой ............................... |
72 |
|
2.4.4. Дезинтеграция липоплексов анионными липидами............. |
74 |
|
2.4.5. Пути проникновения ДНК в ядро .......................................... |
77 |
|
2.5. Виросомы........................................................................................ |
80 |
|
2.5.1. Механизм действия виросом.................................................. |
83 |
|
2.5.2. Применение виросом в медицине .......................................... |
87 |
|
2.5.3. Виросомы и адъюванты .......................................................... |
89 |
|
2.5.4. Генетическая трансформация клеток с помощью виросом |
..90 |
|
ГЛАВА |
3. |
|
АДРЕСАЦИЯ ЛИПИДНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ.............................. |
91 |
|
3.1. Поведение контейнеров в русле крови...................................... |
91 |
|
3.1.1. Циркуляция частиц в крови.................................................... |
92 |
|
3.1.2. Липосомы-невидимки или стелс-липосомы......................... |
92 |
|
3.1.3. Фармакокинетика наночастиц................................................ |
96 |
|
3.1.4. Формула Кедема-Качальского................................................ |
99 |
|
3.1.5. Выход лекарств из липидных наноконтейнеров................. |
100 |
|
3.2. Взаимодействие наноконтейнеров с клеткой......................... |
101 |
|
3.2.1. Клатрин-зависимый эндоцитоз ............................................ |
105 |
|
3.2.2. Фагоцитоз и макропиноцитоз............................................... |
106 |
|
3.2.3. Кавеолин-зависимый эндоцитоз........................................... |
107 |
|
3.2.4. Внутриклеточная адресация частиц..................................... |
109 |
|
3.3. Адресация к рецепторам фолиевой кислоты......................... |
110 |
|
3.3.1. Фолат-модифицированные наноконтейнеры...................... |
110 |
|
3.3.2. Эндоцитоз фолат-модифицированных наноконтейнеров.. |
111 |
|
3.3.3. Адресация веществ к рецепторам фолата............................ |
114 |
|
3.4. Иммунолипосомы в доставке веществ.................................... |
115 |
|
3.4.1. Прикрепление антител к липосомам.................................... |
115 |
|
3.4.2. Адресация иммунолипосом.................................................. |
121 |
|
3.4.3. Универсальные антигены опухолей..................................... |
123 |
|
3.4.4. Стратегия ADEPT .................................................................. |
124 |
|
3.4.5. Иммунолипосомы в генной терапии.................................... |
126 |
|
3.4.6. Доставка контрастеров.......................................................... |
127 |
|
3.4.7. Заключение............................................................................. |
127 |
|
5
ГЛАВА 4.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЛИПИДНЫЕ НАНОКОНТЕЙНЕРЫ . 128
4.1. Общие принципы конструирования ....................................... |
128 |
4.2. Чувствительные к свету транспортеры.................................. |
131 |
4.2.1. Фотоокисление....................................................................... |
132 |
4.2.2. Фотохимическая интернализация веществ ......................... |
135 |
4.2.3. Хромофоры светочувствительных липидов........................ |
136 |
4.2.4. Светочувствительные полимеры.......................................... |
140 |
4.3. рН-чувствительные наноконтейнеры..................................... |
145 |
4.3.1. Величина рН в организме ..................................................... |
145 |
4.3.2. Механизмы рН-чувствительности ....................................... |
146 |
4.3.3. рН-чувствительные липосомы ............................................. |
149 |
4.3.4. рН-чувствительные мицеллы................................................ |
153 |
4.3.5. Доставка веществ в цитоплазму........................................... |
154 |
4.4. Термочувствительные наноконтейнеры ................................ |
157 |
4.4.1. Термочувствительные липиды............................................. |
158 |
4.4.2. Термочувствительные полимеры......................................... |
160 |
4.5. Эхолипосомы. Адресация ультразвуком. ............................... |
163 |
4.5.1. Акустический спектр............................................................. |
163 |
4.5.2. Типы акустических волн....................................................... |
164 |
4.5.3. Применение эхолипосом в медицине .................................. |
169 |
4.5.4. Ультразвуковые контрастеры............................................... |
170 |
4.5.5. Преодоление гематоэнцефалического барьера................... |
171 |
4.5.6. Доставка лекарственных веществ эхолипосомами............. |
173 |
4.5.7. Тромболиз с помощью эхогенных липосом........................ |
174 |
4.6. Магнитолипосомы ...................................................................... |
176 |
4.6.1. Свойства магнитного поля и магнитных частиц ................ |
177 |
4.6.2. Применение магнитолипосом в медицине.......................... |
181 |
4.6.3. Адресация лекарств с помощью магнитолипосом ............. |
182 |
4.6.4. Иммунолипосомы в магнитотерапии................................... |
185 |
4.6.5. Магнитная гипертермия........................................................ |
185 |
4.6.6. Магнитолипосомы для ЯМР-визуализации ........................ |
186 |
4.6.7. Терагностика.......................................................................... |
188 |
6
ДОПОЛНЕНИЯ............................................................................ |
189 |
|
1. |
Применение липосомальных препаратов в медицине............ |
189 |
2. |
Липиды биологических мембран ................................................ |
192 |
3. |
Некоторые природные жирные кислоты .................................. |
193 |
4. |
Температуры плавления фосфолипидов ................................... |
197 |
5. |
Детергенты ...................................................................................... |
198 |
6. Методическая часть....................................................................... |
200 |
|
|
6.1. Некоторые методы получения ТЛН........................................ |
200 |
|
6.2. Некоторые методы приготовления липосом.......................... |
202 |
ЛИТЕРАТУРА.............................................................................. |
209 |
|
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТЕРМИНЫ .................................................. |
277 |
|
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ..................................................... |
279 |
|
ВВЕДЕНИЕ
Создание новых лекарственных веществ является важнейшей задачей фармацевтики. Вновь синтезированные молекулы часто оказываются непригодными для использования в медицине, поскольку не обладают необходимой растворимостью в воде, недостаточно стабильны при хранении, обладают низкой биодоступностью, чрезмерно быстро выводятся из организма, проявляют токсичность и вызывают нежелательные побочные эффекты [1,2]. Эти проблемы очень разноплановые и касаются как физико-химических свойств лекарственных веществ, так и вопросов биологии и физиологии человеческого организма. Так, в процессе поиска новых лекарственных веществ исследователи часто сталкиваются с проблемой низкой растворимости в воде потенциально эффективного продукта, который, однако, хорошо растворим в органических растворителях. С другой стороны, увеличение растворимости в воде может приводить к снижению стабильности, проявлению токсических свойств или нежелательного побочного действия этого вещества. Кроме того, водорастворимые лекарства плохо проникают через плазматическую мембрану в цитоплазму клеток, что может существенно снизить терапевтический эффект. Поэтому, для хранения и доставки в организм лекарственных веществ, становится актуальным создание молекулярных контейнеров, которые могли бы защищать эти вещества в процессе хранения, например, от окисления, действия ферментов или других агрессивных компонентов биологических сред, от нежелательного взаимодействия с другими компонентами препарата, для предотвращения выпадения в осадок (преципитации), или образования кристаллов. Часто весьма желательно, чтобы эти контейнеры обладали достаточно малыми размерами для циркуляции в русле крови и проникновения через стенки сосудов в ткани, например, ткани опухоли. Более того, может быть необходима доставка веществ внутрь клетки, возможно к определенным компартментам клетки, например, доставка в ядро или в митохондрии.
Отдельные молекулы лекарственного вещества обычно не обладает способностью концентрироваться в тех местах, где они более всего необходимы, например, в органах, требующих лечения, поврежденных тканях, или в области опухолей. Представляется чрезвычайно заманчивым создание контейнеров, которые могли бы нести на своей поверхности специфические молекулярные устройства для распознавания клеток соответствующих тканей. Желательно, чтобы контейнеры обладали «интеллектуальными» способностями, позволяющими им высвобождать содержимое в ответ на подаваемый извне сигнал, например, освещение, действие магнитного поля, или ультразвука. Заманчиво также создание контейнеров, которые могли бы самостоятельно высвобождать
7
лекарство, используя в качестве сигнала изменения параметров среды организма. Например, при изменении температуры, осмотического давления, концентрации определенных веществ высвобождение лекарства или генетического материала могло бы инициироваться в нужном месте и в нужное время. Кроме того, для практического применения желательно, чтобы контейнеры обладали некоторой универсальностью и были пригодны для хранения разнообразных по химической природе и физическим свойствам лекарственных агентов, обладали физической и химической стабильностью. Для их создания желательно использовать недорогие, доступные и разрешенные к применению
вмедицине материалы.
Всовременных исследованиях используются самые разные виды контейнеров, например, полимерные наночастицы [3,4], дендримеры [5,6], наночастицы из золота [7-9], нанокристаллы из полупроводников [10-12], суперпарамагнитные наночастицы [13,14]. Однако, липидные наноконтейнеры, и, прежде всего, липосомы, находят все большее применение в клинической практике [15-17]. Успех применения липидных наноконтейнеров объясняется несколькими причинами. Во-первых, они содержат биологически совместимые материалы. Для их создания используются природные липиды, или их аналоги, которые характеризуются низкой токсичностью и низким иммунным ответом. Во-вторых, липиды чрезвычайно функциональны. Они могут образовывать не только бислойные структуры, но также мицеллы, кубические и гексагональные жидкие кристаллы. Они способны специфически взаимодействовать с мембранами клеток, участвовать в процессах внутриклеточной транспортировки, высвобождать лекарственные вещества в заданных компартментах клетки. В-третьих, с липидными конструкциями хорошо сочетаются синтетические полимерные материалы, нанокристаллы полупроводников и магнитные частицы, контрастеры для различных видов спектрального анализа и физического воздействия. Липидные наноконтейнеры являются не альтернативой для наночастиц из других материалов, а удобной и высоко функциональной платформой для множества других молекулярных устройств, которые могут быть прикреплены к их поверхности, погружены в гидрофобную область, или заключены во внутреннем водном пространстве.
8
Глава 1
Структуры, образуемые липидами
1. 1. Фазовое поведение липидов
Среди веществ биологического происхождения отличительной чертой липидов является способность к образованию большого разнообразия структур, форирование которых с точки зрения физхимии проявляется форме фазовых переходов. Структуры, существующие виде отдельных фаз, являются основой при создании различных молекулярных наноустройств, среди которых липосомы получили наибольшую известность. Как будет показано в различных главах этой книги, существование и функционирование данных устройств неразрывно связано со способностью липидов к фазовым переходам.
1.1.1. Разнообразие липидов
В последние годы наблюдается рост интереса к липидам и структурам, которые они образуют. Это связано с исследованиями возможности использования липидов для доставки лекарственных веществ с помощью липосом, мицелл, кубосом и других структур, образуемых липидами. Кроме того, недавние достижения в очистке и идентификации липидов способствовали возникновению новой дисциплины липидомики [18-21], которая, наряду с протеомикой, гликомикой, геномикой, метаболомикой
идругими дисциплинами стала полноправной частью системной биологии. Липиды привлекают большое внимание также в связи с их участием в физиологических процессах, связанных с развитием различных заболеваний, а также действием лекарственных веществ [22-27]. Следует отметить также физиологическое значение различных жирных кислот, например, транс- и цис-кислот, а также ω-3 и ω-6 жирных кислот, исследованию которых посвящено много работ [28-32].
Термин липиды происходит от греческого слова липос (λίπος) – жир
иизначально обозначает совокупность органических веществ, выделяемых из тканей живых организмов с помощью органических растворителей. К липидам принадлежит большая группа природных соединений, которые можно разделить на 8 классов: жирные кислоты, глицеролипиды, глицерофосфолипиды, сфинголипиды, стероидные липиды, пренольные
липиды, гликолипиды и поликетиды [33]. Кроме того, в последние годы синтезировано большое количество новых веществ, обладающих некото-