طاها قاسمی
8 یادداشت منتشر شدهلیپوزوم ها و نانو لیپوزوم ها
لیپوزوم یک لایه لیپیدی کروی و بسته است و درون خود یک حفره را تشکیل می دهد که قادر به حمل برخی از محلول های آبی و سایر ترکیبات مانند داروها است
یپوزوم چیست؟
«لیپوزوم ها» (Liposome) ساختارهایی دو یا چند لایه هستند که از صفحات فسفولیپید ی محکم تشکیل شده اند. این ساختارها اولین بار در اواسط دهه ۱۹۶۰ معرفی شدند. این مولکول ها دارای دم آبگریز و ناحیه سر آب دوست هستند. هنگامی که دو غشای منفرد به هم نزدیک می شوند، دم های آبگریز به یکدیگر جذب می شوند، در حالی که سر آب دوست هر دو غشا به سمت آب قرار می گیرند.
این فرایند، لایه مضاعف یا دو تایی کروی از مولکول های فسفولیپید را تشکیل می دهد. این کره فسفولیپیدی می تواند محلول های آبی را درون خود نگه داشته و حمل کند. محلول ها را می توان در صورت لزوم با لیپوزوم ها انتقال داد.
دو ساختار لیپیدی دیگر به نام «میسل» (Micelles) و «لیزوزوم» (Lysosome) وجود دارند که نباید با لیپوزوم اشتباه گرفته شوند. میسل یک ساختار کروی فسفولیپیدی است که برخلاف لیپوزوم از یک لایه منفرد تشکیل شده است.
لیزوزوم نیز یکی از اندامک های تخصصی در سلول ها است که آنزیم های تجزیه کننده را از سایر بخش های سلول جدا کرده و در خود نگه می دارد. این اندامک بسیار شبیه به لیپوزوم است ولی در ساختمان فسفولیپیدی آن پروتئین هایی وجود دارند که به عملکرد آن به عنوان اندامک سلولی کمک می کنند.
طبقه بندی لیپوزوم ها
اندازه لیپوزوم ها می تواند خیلی کوچک در حدود ۰٫۰۲۵ تا خیلی بزرگ به اندازه ۲٫۵ میکرومتر باشد. به همین دلیل این ذرات در دامنه نانوتکنولوژی قرار می گیرند. همچنین لیپوزوم ها می توانند به صورت تک دیواره یا چند دیواره (از دو لایه های فسفولیپیدی) تشکیل شوند. اندازه لیپوزوم ها عاملی است که نیم عمر این ساختارها در سیستم گردشی بدن را تعیین می کند. به طور کلی، لیپوزوم ها براساس اندازه و لایه های فسفولیپیدی که دارند، تقسیم بندی می شوند:
- Multi Lamellar Vesicles یا (MLV): لیپوزوم های چند دیواره با اندازه ای بیش از ۴۰۰ نانومتر
- Large Unilamellar Vesicles یا (LUV): لیپوزوم های تک دیواره با اندازه ای در حدود ۱۰۰ - ۴۰۰ نانومتر
- Small Unilamellar Vesicles یا (SUV): لیپوزوم های تک دیواره با اندازه ای در حدود ۲۵ - ۱۰۰ نانومتر
لیپوزوم ها براساس ماهیت و ترکیبات تشکیل دهنده شان نیز در سه دسته مختلف قرار می گیرند:
- لیپوزوم های پنهانی (Stealth Liposome): این لیپوزوم ها به دلیل گیرنده های سطحی که دارند، می توانند از فاگوسیتوز شدن توسط سلول های سیستم ایمنی در امان بمانند و مدت زمان بیشتری را در بدن ماندگار باشند. از این لیپوزوم ها برای داروهایی که نیاز به رهایش طولانی مدت در بدن دارند، استفاده می شود. گیرنده های سطحی که برای این لیپوزوم ها استفاده می شود معمولا «پلی اتلین گلیکول» (PEG) است.
- لیپوزوم های متداول (Conventional Liposome): از پرکاربردترین لیپوزوم ها به شمار می آیند. این گروه به دلیل میزان فسفولیپیدها و کلسترول هایی که دارند، دارای بار منفی هستند و برای دارورسانی به بافت های مختلف به کار می روند.
- لیپوزوم های هدفمند (Targeted Liposome): لیپوزوم های هدفمند می توانند به طور اختصاصی داروها را به بافت یا سلول خاصی منتقل کنند. بر سطح این لیپوزوم ها، آنتی بادی هایی تعبیه می شود تا بتوانند در مواجه با سلول مورد نظر، آن را شناسایی کنند.
- لیپوزوم های کاتیونی (Cationic Liposome): این گروه از لیپوزوم ها به دلیل داشتن برخی از کاتیون ها در سطح خود دارای بار مثبت هستند و بیشتر در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.
لیپوزوم چگونه تشکیل می شود؟
زمانی که بافتی از بین می رود، لیپوزوم به طور طبیعی تولید می شود. در واقع وقتی سلول های یک بافت آسیب می بینند، بخش های کوچکی از غشای سلولی از آن ها جدا می شوند. این قطعات فسفولیپیدی می توانند بر روی خود خم شده و ساختارهای کروی را بسازند و بسته های کوچکی از هر نوع محلول موجود درون خود را، محصور کنند.این ساختارها به این دلیل تشکیل می شوند که برهمکنش های آب دوستی و آبگریزی بین قطعات لیپیدی جدا شده از سلول ها و محلول های آبی اطراف آن ها ایجاد می شود. این برهمکنش ها باعث می شوند که انتهای دو سر قطعات لیپیدی به یکدیگر متصل شده و یک ساختار کروی بسازد که محیط درون آن کاملا از محیط خارجی آن جدا شده است. ساخت لیپوزوم ها با این فرایند را می توان به صورت مصنوعی در آزمایشگاه نیز انجام داد.
دانشمندان با استفاده از یک مولد موج صوتی، می توانند از امواج صوتی استفاده کنند تا لایه های غشا لیپیدی را به هر اندازه ای که مد نظرشان است، به صورت لیپوزوم بشکنند. امواج صوتی انرژی زیادی را به همراه دارند که مولکول های دو لایه لیپیدی را از هم می شکنند و آن ها را به قطعات جدا از هم تبدیل می کنند. این قطعات سپس در معرض همان نیرو هایی که به طور طبیعی لیپوزوم ها را ایجاد می کنند، قرار می گیرند و به این ترتیب کره های لیپوزومی ساخته می شود.
روش های سنتز لیپوزوم ها
به دلیل کاربردهای فراوان لیپوزوم ها این ساختارهای لیپیدی را با روش های مختلفی سنتز می کنند. تمام روش های سنتز لیپوزوم ها شامل ۴ مرحله اصلی هستند:
- خشک کردن لیپید از حلال های آلی
- پراکنده کردن لیپید در محیط آبی
- خالص سازی لیپوزوم حاصل
- آنالیز و بررسی محصول نهایی
اساس نوع ترکیبی که می خواهیم با لیپوزوم حمل کنیم، دو روش برای بارگیری وجود دارد:
- بارگیری فعال: این نوع انتقال، برای بارگیری ترکیباتی آمفی فیلیک (آب دوست و آبگریز) بعد از تشکیل لیپوزوم مورد استفاده قرار می گیرد.
- بارگیری غیرفعال: بارگیری غیرفعال برای ترکیبات آب دوست و آب گریز قبل از تشکیل لیپوزوم انجام می شود.
روش های سنتز لیپوزوم برای بارگیری غیرفعال شامل موارد زیر است:
- پراکندگی مکانیکیاستفاده از امواج سونی کیت
انجماد و ذوب لیپوزومی
فشار سلول فرانسونی
میکروامولسیفیکشن
انحلال غشایی
- انتشار حلال
- حذف دترجنت
کاربردهای لیپوزوم
لیپوزوم ها ویژگی های مفیدی دارند که اهمیت آن ها را برای کاربرد در بسیاری از زمینه های علوم سلولی، پزشکی و سلامت دو چندان کرده است. در این مطلب به بررسی برخی از کاربردهای لیپوزوم ها در زمینه های مختلف می پردازیم.
کاربرد لیپوزوم در مطالعات سلولی
لیپوزوم ها به عنوان مدلی برای غشای سلولی و اندامک های آن، در مطالعات سلولی به کار می روند. با قرار دادن پروتئین های مختلف در ساختار این دو لایه های لیپیدی، دانشمندان می توانند عملکرد پروتئین های خارجی و داخلی غشای سلولی را شناسایی کنند. لیپوزوم ها در پیشبرد «نظریه سلولی مدرن» (Modern Cell Theory) نقش بسزایی داشته اند.
محققان با مطالعه ساختارهای غیر زنده و قابل مشاهده لیپوزوم ها، توانستند روش های سلولی مورد استفاده برای انتقال و حمل و نقل ترکیبات مختلف شیمیایی را پیش بینی و شناسایی کنند.
فعالیت ها و عملکردهای شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی، در بسته بندی و پردازش محصولات سلولی، به طور مستقیم با نحوه عملکرد لیپوزوم ها ارتباط دارد.
سلول ها به سادگی پروتئین های مختلفی را به سطح اندامک های خود اضافه می کنند تا برهمکنش اندامک های مختلف را هدایت و کنترل کنند. به طوری که عملکرد پروتئین ها بر اندامک ها می توانند در لیپوزوم ها به صورت آزمایشگاهی ایجاد شده و مورد مطالعه قرار بگیرند.
کاربرد لیپوزوم در ساخت محصولات آرایشی و بهداشتی
در چند سال اخیر، لیپوزوم ها به سیستم های تحویل مواد فعال در محصولات آرایشی تبدیل شده اند. لیپوزوم ها باعث تسهیل عبور ماده فعال محصولات آرایشی به درون اپیدرم می شوند. لیپوزوم ها نه تنها ابزاری برای انتقال مواد فعال آرایشی به لایه های درونی پوست هستند، بلکه باعث افزایش پایداری آن ها در پوست و افزایش رطوبت پوستی توسط چسبندگی سطحی نیز می شوند. لیپوزوم ها از سلول های پوستی در برابر عوامل آسیب زای خارجی مانند نور خورشید محافظت می کنند و به همین دلیل در بسیاری از کرم های ضد آفتاب از تکنولوژی لیپوزوم استفاده می شود. کاربرد لیپوزوم ها برای انتقال ترکیبات موثر آرایشی و بهداشتی در محصولات مختلف مانند کرم ها، لوسیون ها و شامپوها انقلابی در صنعت تولید محصولات آرایشی و بهداشتی به شمار می آید.
کاربرد لیپوزوم در صنایع غذایی
استفاده ذراتی در محدوده اندازه نانو در تولیدات صنایع غذایی را نانوتکنولوژی غذایی می نامند. در این تکنولوژی از نانوسامانه هایی برای انتقال مواد موثره و عوامل ضد میکروبی به محصولات غذایی استفاده می شود. یکی از این نانوسامانه ها، نانولیپوزوم ها به شمار می آیند. در صنایع غذایی برای افزایش ماندگاری و کاهش فساد مواد غذایی از نانولیپوزوم هایی حاوی عوامل ضد میکروبی یا ضد قارچی در محصولات غذایی استفاده می شود. همچنین نانولیپوزوم ها برای کپسوله کردن برخی طعم دهنده ها و آنزیم ها با هدف رهایش تدریجی آن ها در محصولات غذایی نیز به کار می روند.
کاربرد لیپوزوم در روش های درمانی
لیپوزوم ها در زمینه های مختلف پزشکی از جمله دارو سانی، به خصوص رساندن دارو های سمی و خطرناک به اهداف مشخص بسیار اهمیت دارند. لیپوزوم هایی که در بدن انسان برای انتقال دارو و سایر کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند برای ورود به بدن و حرکت در آن باید در ابعاد نانومتری باشند به همین دلیل به لیپوزوم های انتقال دهنده در بدن انسان «نانولیپوزوم» نیز می گویندطالعات پزشکی در این زمینه نشان داده است که لیپوزوم ها می توانند با افزایش کارایی دارو و کاهش سمیت برای بدن، داروهای ضد تومور را به سلولی های تومور منتقل کنند. در این جا به چند مورد از مزایای استفاده از لیپوزوم ها در کاربردهای دارویی و درمانی اشاره می کنیم:
- لیپوزوم ها باعث بهبود حلالیت داروهای چربی دوست و آمفی فیلیک (دارای دو سر آب دوست و آبگریز) می شوند.
- افزایش پایداری دارو با قرارگیری در فضای لیپوزوم اتفاق می افتد.
- لیپوزوم ها غیرسمی، انعطاف پذیر، زیست سازگار و زیست تخریب پذیر هستند.
- لیپوزوم ها به دلیل کپسوله کردن دارو درون خود، باعث کاهش سمیت دارویی در بدن می شوند.
- لیپوزوم ها باعث کاهش روبرویی بافت های حساس با داروهای سمی می شوند.
- لیپوزوم ها عوارض جانبی دارو را کاهش می دهند.
- انعطاف پذیری برای جفت شدن با گیرنده های اختصاصی جهت رسیدن به سلول های هدف نیز از ویژگی های لیپوزوم ها است.
درمان های ضد سرطان
همان طور که گفته شد، لیپوزوم ها در روش های دارو رسانی نوین نیز می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. به عنوان مثال، برخی از داروهای سرطانی که برای سلول های سالم بدن خطرناک هستند، در لیپوزوم ها بسته بندی شده و به طور اختصاصی به سلول های سرطانی تحویل داده می شوند.
عملکرد این گونه لیپوزوم ها تئوری ساده ای دارد. بر سطح لیپوزوم هایی که برای اهداف دارو رسانی مورد استفاده قرار می گیرند، پروتئین هایی تعبیه شده است که به پروتئین های گیرنده سطح سلول های سرطانی به طور کاملا اختصاصی متصل می شوند. بنابراین در صورت برخورد لیپوزوم با گیرنده سلول های سرطانی، آن ها را شناسایی کرده و از طریق پروتئین های سطحی خود به سلول های سرطانی اتصال می یابد و سپس می تواند محتویات خود را به این سلول ها انتقال دهد.
یکی از داروهای ضد سرطانی که به این شکل مورد استفاده قرار گرفته است، داروی «آنتراسایکلین» (Anthracycline) است. این دارو به توقف رشد سریع و تقسیم سلول ها کمک می کند. با توجه به این که داروی آنتراسایکلین بر سلول های سرطانی و سالم بدن تاثیر می گذارد؛ برای ایجاد تاثیر این دارو تنها بر روی سلول های سرطانی، آنتراسایکلین به صورت هدفمند در لیپوزوم هایی قرار می گیرد که فقط دارو را در مواجه با سلول های سرطانی آزاد می کنند و به این ترتیب از اثرات جانبی دارو بر سلول های سالم جلوگیری می شود.
درمان عفونت های قارچی
لیپوزوم ها می توانند به عنوان حامل داروهایی مانند «آمفوتریسین بی» (Amphotericin B) مورد استفاده قرار گیرند. این دارو برای درمان عفونت های قارچی مورد استفاده قرار می گیرد. داروی آمفوتریسین B ویژگی های بسیار موثری برای از بین بردن عفونت های قارچی دارد اما کاربرد آن به دلیل سمیت هایی که برای سیستم عصبی ایجاد می کند، محدود شده است.
استفاده از لیپوزوم برای حمل و کپسوله کردن این دارو کمک می کند تا دارو نتواند اثرات مخربی بر سیستم عصبی داشته باشد و خطر سمیت دارو را کاهش می دهد.
علاوه بر این موارد، لیپوزوم ها معمولا سیستم های فاگوسیتی تک هسته ای را مورد حمله قرار می دهند. محل زندگی برخی از قارچ ها همین فاگوسیت ها هستند، بنابراین لیپوزوم ها گزینه مناسبی برای حمل داروهای ضد قارچی به شمار می آیند.
درمان عفونت های انگلی
لیپوزوم ها حامل های ایده آلی برای رهایش داروها هستند و امکان دارو رسانی هدفمند به منطقه مشخصی از بدن را پدید می آورند. به عنوان مثال، عفونت انگلی ایجاد شده توسط یک ماکروفاژ مانند «لیشمانیا» (Leishmania)، در حالت عادی شرایط کشنده و خطرناکی را برای بدن ایجاد می کند و دارویی که برای مقابله با این عفونت به کار می رود، ممکن است نتواند کارساز باشد، زیرا دوز سمی دارو برای سلول های سالم بیشتر از دوز موثر دارو برای عامل عفونت است.
دارو رسانی با لیپوزوم یک راه حل مناسب برای این نوع از عفونت ها به شمار می آید. از آن جایی که لیپوزوم ها در حالت عادی ماکروفاژها را به عنوان هدف شناسایی می کنند، بنابراین در صورت حمل داروی ضد انگل، لیپوزوم ها قادر خواهند بود با کاهش سمیت و افزایش دوز (دوز موثر)، دارو را به هدف برسانند.
درمان عفونت های باکتریایی
با توجه به این که آنتی بیوتیک ها معمولا به صورت خوراکی مصرف می شوند، نیاز کمتری به استفاده از لیپوزوم ها برای این دسته از داروها وجود دارد. در حال حاضر کاربرد لیپوزوم ها تنها برای آنتی بیوتیک هایی است که به طور بالقوه برای بدن سمی محسوب می شوند. در درمان عفونت های باکتریایی آنتی بیوتیک های خوراکی و تزریقی نسبت به لیپوزوم های حامل آنتی بیوتیک، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
با این وجود، برخی از آنتی بیوتیک ها برای کاهش سمیت در غالب لیپوزوم ها مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله این داروها می توان به «ریباورین» (Ribavirin) و «آزیدوتیمیدین» (Azidothymidine) اشاره کرد.
ژن درمانی
تحقیقات در مورد سیستم های تحویل لیپوزوم در زمینه های مختلف از جمله ویتامین ها، مواد معدنی و حتی ژن درمانی در حال گسترش است. با استفاده از لیپوزوم های هدفمند، حتی DNA می تواند به بافت های خاص تحویل داده شود. اگر لیپوزوم حامل DNA ژن عملکردی باشد، با ورود آن به سلول، ژن می تواند توسط سلول رونویسی شده و پروتئینی را که برای آن رمزگذاری شده را تولید کند. با تولید پروتئین در سلول، عملکرد و ویژگی خاصی در آن بروز می کند. این فرآیند ممکن است به زودی برای کاهش بیماری های مختلف ژنتیکی مورد استفاده قرار گیرد.
صنایع دیگر در حال تولید لیپوزوم برای مصارف مختلف هستند. از آن جا که یک لیپوزوم در اصل یک سلول کوچک است، با گذشت زمان به صورت زیستی تجزیه پذیر بوده اما هنوز هم می تواند یک محلول آبی را به روشی محافظت شده حمل کند. دانشمندان در تلاشند تا از این ویژگی برای ایجاد لیپوزوم هایی استفاده کنند که می توانند کار های پیچیده ای را انجام دهند. برخی از این کاربرد ها شامل انتقال مواد مغذی به محصولات زراعی با استفاده از لیپوزوم ها به عنوان ماشین های کوچک است. اگر ساختارهای عملکردی مناسب، یا DNA و پروتئین های مربوطه در لیپوزوم قرار بگیرند، در اصل به یک سلول زنده کوچک تبدیل می شود که می تواند برای انجام اقدامات مختلف برنامه ریزی شود. ایجاد نسخه های تجاری این محصول هنوز میسر نیست اما تحقیقاتی در این زمینه در آزمایشگاه های مختلف در حال انجام است.ساختارهای مشابه لیپوزوم
علاوه بر ساختارهای لیپوزومی، ساختارهای مشابه با آن برای حمل و انتقال داروها و سایر ترکیبات در صنایع حوزه سلامت و غذا تولید شده اند که در برخی موارد مزایایی نسبت به لیپوزوم ها دارند، از جمله این ساختارها می توان به «نیوزوم ها» (Niosome) و «فیتوزوم ها» (Phytosome) اشاره کرد. نیوزوم ها، وزیکول هایی ساخته شده از سورفکتانت های غیر یونی هستند که با هیدراتاسیون کلسترول به وجود می آیند. کلسترول در این ترکیبات باعث افزایش استحکام و سختی آن ها شده و از سویی دیگر وجود سورفکتانت های غیر یونی به نیوزوم ها بار الکتریکی می دهد و میزان بارگیری ترکیبات مختلف را در این ذرات افزایش می دهد.
فیتوزوم ها همان طور که از نامشان پیدا است از ترکیبات گیاهی ساخته می شوند. فیتوزوم ها در واقع نانوحامل های از جنس لیپید هستند که از اتصال بین فسفولیپید و پلی فنول ها در حلال های آلی تولید می شوند.