Ліпосоми до медицини

Липосомы в медицине

Г. Кобринский, доктора медичних наук Липосомы, чи липидные бульбашки, відомі давно, та й знайомі, напевно, кожному: дуже нагадують них ті крапельки жиру, які входять у воду, але ці, зрозуміло, подібність суто зовнішнє. Звісно, ті які йтиметься, дуже малі - багато менше клітини, і жир у яких не харчової, а клітинний — ліпіди, що входять до склад всіх клітин організму. Липосомы є замкнуті бульбашки води, оточені однією або кількома шарами ліпідів. Розміри і форма ліпосом залежать від багатьох чинників: кислотності середовища, присутності солей тощо. Вперше ними звернув увагу англійський дослідник Алек Бангем із колегами в 1965 року. Вони помітили, що липосомы (цю назву утвердилось року три через) дуже схожі на мембрани клітин. На той час було відомо, що клітинні мембрани виконують багато функцій, і липосомы відразу ж почали важливим інструментом їхнього вивчення. Як моделі мембран, липосомы дозволили досліджувати ряд їх властивостей: електричне опір, проникність для молекул води, для іонів та інших заряджених частинок, і навіть для вмісту клітин. Липосомы використовуються, ще, з вивчення дії на мембрани вітамінів, гормонів, антибіотиків та інших препаратів. Ця сторона справи залучила найбільшу увагу дослідників, оскільки з’ясувалося, що липосомы добре виходить із роллю носіїв ліків. Їй присвячується запропоноване читачам статья.

Известно, що захворювання вражають не весь організм, а розвиваються окремими органах і тканинах. Приміром, при раку головні події відбуваються у місці розташування пухлини, при інфаркті міокарда — в м’язі серця, при дизентерії - в кишечнику. Тому й нині лікування піде швидше, і успішніше, якщо ліки діятимуть у осередку захворювання. Особливо це у випадках, коли має справу з дуже отруйними препаратами, що добре лікують саму хвороба, та заодно погано впливають інші системи організму. Часто це змушує відмовитися від використання цих речовин і застосовувати менш эффективные.

Однако створити потрібну концентрацію лікарських речовин, у уражених хворобою місцях, не чіпаючи інші, — завдання непроста. Адже медикаменти, хоч би яким способом їх вводили, розходяться з усього організму більш-менш рівномірно. А що вони потрапили до потрібні місця, дійшли висновку медики, необхідний якийсь носій, яка могла б їх туди доставити. Протягом кількох років було розпочато багато спроб на вирішення цієї проблеми, перепробувано безліч сполук, і сталося, що найкращими носіями ліків є липосомы.

Липосомы може бути однослойными (діаметр 250…300 ангстрем) і багатошаровими (5…50 мікрометрів). Заштриховані тони — місце перебування води, світлі - бимолекулярный ліпідний шар, «хвости» складових його молекул звернені всередину слоя.

Какие ж якості ліпосом дають їм переваги над іншими носіями ліків? Насамперед, це спорідненість з природними мембранами клітин з хімічної складу. Відомо, що ліпіди, що входять до склад мембран, займають від 20 до 80 відсотків їх маси. Тому, за правильному доборі компонентів ліпосом їх введення у організм бракує негативних реакций.

Второе важливе властивість ліпосом — це універсальність. Завдяки полусинтетической природі можна широко варіювати їх розміри, характеристики, склад поверхні. Це дозволяє доручати липосомам переносити широке коло фармакологічно активних речовин: протипухлинні і противомикробные препарати, гормони, ферменти, вакцини, і навіть додаткові джерела для клітини, генетичний материал.

В-третьих, липосомы порівняно легко руйнуються в організмі, звільняючи доставлені речовини, але у шляху надходження липосомы, самі позбавлені властивостей антигену, надійно приховують і свою ношу від контакту з імунної системою та, отже, не викликають захисних і алергійних реакцій организма.

Важную роль відіграє й характер взаємодії ліпосом з клітинами. Це може приймати різні форми: найпростіша — липосомы адсорбуються (прикріплюються) на клітинної поверхні. Річ може у цьому закінчитися, і може піти далі: липосому поглине клітина (той процес «заглатывания» називається эндоцитоз), і із нею всередину клітини потраплять ті речовини, що вона доставила. Нарешті, липосомы можуть злитися з мембранами клітин та стати їх частиною. У цьому можуть змінюватися властивості клітинних мембран: наприклад, їх в’язкість і проникність, величина електричного заряду. Може також збільшитися чи зменшитися кількість каналів, що пропливали мембрани. Отже, завдяки липосомам з’являється новий спосіб спрямованого на клітину, який може бути «мембранної инженерией».

Формы взаємодії ліпосом з мембраною клітини: липосома може збільшити проникність мембрани — викликати освіту додаткових каналів (I); може прикріпитися до мембрани — адсорбироваться (II); важлива форма взаємодії - поглинання липосомы клітиною, у разі речовина, принесенное липосомой, потрапляє у клітину (III); іноді клітинна мембрана і липосома обмінюються липидами (IV), а інших випадках мембрани липосомы і клітини зливаються (V).

Как носії ліків липосомы найбільш широке застосування отримали експериментальної онкології. Суть у цьому, що є ряд препаратів, дуже ефективно що руйнують злоякісних клітин чи гальмують їх зростання. Проте застосувати в терапевтичних цілях який завжди можливо через їхньої високої токсичності чи поганий розчинності у питній воді. З допомогою ліпосом ці труднощі можна подолати. Так було в однієї лабораторії з допомогою ліпосом вводили мишам, хворим на лейкемію, нерастворяющиеся препарати і уповільнення зростання числа злоякісних клітин. Інші дослідники навантажували липосомы антрациклинами: ці речовини активні проти кола злоякісних пухлин, але дуже отруйні інших тканин, особливо серцевого м’яза, — й шкідливе вплив цих сполук значно знижувалося, що, як наслідок, дозволяло істотно збільшувати їх дозы.

Липосомы можна використовувати й для боротьби з на інфекційні захворювання. Дуже показовими у плані можуть бути експериментальні дані про лікуванню лейшманиоза — захворювання, вельми поширеного у країнах, де різними їх формами страждає близько 100 мільйонів. Хвороба вражає печінку, селезінку, кістковий мозг.

Обычный лейшманиоз лікують препаратами сурми, на дуже токсичні. Але коли його їх запровадили експериментальним тваринам з допомогою ліпосом, всі вони стали придушувати розмноження збудників хвороби і клітинах печінки у сотні разів ефективніше, ніж зазвичай, а токсично впливає на серце й нирки помітно знизилося, що дозволило збільшити дозу препарату. Схожі результати отримали і під час лікування подібних до лейшманиоз грибкових захворювань — криптококкоза і гистоплазмоза.

Когда мікроорганізми — збудники хвороб «ховаються» всередині клітин, тим самим вони захищаються як від імунної системи організму (антитіл), і від дії ліків. Буває, що макрофаги, захопивши хвороботворні бактерії, що неспроможні їх перетравити. В усіх життєвих такі випадки захворювання набуває затяжну, хронічне протягом, і тоді необхідно, щоб лікувальні кошти могли проникати всередину заражених клітин, причому у потрібної на лікування концентрації. Результати експериментів групи американських дослідників, які працювали з макрофагами мишей, заражених бактеріями мишачого черевного тифу, показали, що липосомы й тут значно підвищують лікування: вони доставляли макрофагам антибіотик цефалотин, і кількість бактерій всередині клітин знизилося набагато краще, аніж за обробці так само клітин чистим антибіотиком. При цьому вдавалося досягти дуже високим його концентрації всередині клітин, тобто саме там, де було збудники заболевания.

Другие дослідники, використовуючи антибіотик гентамицин, укладений у липосомы, отримали таку ж результати проти збудників бруцельозу, причому спроби були й проведено як у культурі клітин, і на тварин — морських свинках.

Таким чином, липосомы допомагають довше зберігати високий рівень концентрації лікарських препаратів у крові й у клітинах, і навіть допомагають їм поринути у галузі, куди без ліпосом вони потрапити не могут.

Формы взаємодії ліпосом з клітинами, ми говорили спочатку, багато в чому пояснюють спроможність долати деякі анатомічні бар'єри організму, зокрема, стінки шлунково-кишкового тракту, Ця обставина вчені спробували використовуватиме лікування цукрового діабету, тобто спробували вводити інсулін в липосомах через рот. Річ у тім, що інсулін хворим дають з допомогою уколів, що, звісно, і неприємно, і незручно. У таблетках ж інсулін неефективний, бо руйнується в шлунково-кишковому тракті раніше, ніж потрапляє «доречно роботи» — до крові. Не чи виручать тут липосомы?

Опыты проводилися на пацюках, які мають попередньо штучно викликали цукровий діабет, Але, що інсуліну в липосомах викликало зниження цукру на крові тварин, бо липосомы захищають цей гормон від руйнації шлунково-кишковому тракті. Нині дослідження, у цьому напрямі тривають. Мета їх — домогтися можливості лікування діабету запровадженням інсуліну через рот, що великим подарунком для хворих цієї важкої болезнью.

В подальшому було здійснено спроби запровадження в такий спосіб та інших речовин. Не завжди виявлялися вдалі, проте окремих випадках було досягнуто безсумнівний успіх. Так було в дослідах на тварин вдавалося вводити на липосомах через шлунково-кишкового тракту активатори вироблення інтерферону, руйнуючий тромби террилитин, вітамін До та інші речовини. такий шлях запровадження організм низки ліків є її дуже перспективною, особливо у випадках, якщо їх ін'єкції менш бажані чи взагалі неможливі. Але що неясно, чому одні речовини, укладені липосомы, проходять крізь стінку кишечника, інші цього що неспроможні. Механізм цього явища нині изучается.

Использование ліпосом для точної, цілеспрямованої доставки лікарських речовин має, проте, і певні обмеження. Річ у тім, що тепер після влучення у організм більшість ліпосом поглинається клітинами ретикулоэндотелиальной системи, яка перебуває переважно з макрофагів, здатних поглинати з крові сторонні частинки й знищувати (перетравлювати) їх, що необхідне підтримки сталості внутрішнього середовища. Найбільшим скупченням цих клітин перебуває у печінки, селезінці, кістковому мозку, лімфатичних вузлах і кровотоці. Тому, коли їхня мета запровадження ліпосом залежить від їх контакту з клітинами ретикулоэндотелиальной системи, то проблем майже виникає: липосомы туди потраплять (збудники інфекційних захворювань, лікування які йшлося вище, перебували саме цих клітинах). Якщо ж потрібна, щоб липосомы доставили своє вміст до інших місця, то досягти цього сложнее.

Однако дослідження, проведені у останні роки, подають надію, що це перешкода у принципі можна обминути. Так, поставили наступний експеримент. Лікували пухлини мишей, локалізовані у правій задньої лапці тварин. А щоб липосомы, що містили противоопухолевое ліки, були захоплено макрофагами, останні було вирішено блокувати: тваринам запровадили спочатку порожні липосомы, а ще через годину — липосомы, що містили радіоактивний індій. Але, що його концентрація у клітинах пухлини зросла на 50 відсотків порівняно з контрольними тваринами, яким блокади не проводили.

Во Всесоюзному кардіологічному науковому центрі, до лабораторій В. П. Торчилина що його спрямований транспорт ліпосом до зони експериментального інфаркту міокарда. Зробили це з допомогою антитіл до миозину — білку серцевого м’яза, вони були прикріплені хімічно до ліпосом. Липосомы накопичувалися як і зоні інфаркту, і у нормальної тканини серця (тобто там, де була миозин), хоча значна частина їх все-таки локализовалась у клітинах печени.

Выявлено також, що дуже ефективно запровадження ліпосом просто у кров, скажімо, через вену. Причому у печінка та селезінку потрапляє ліпосом в багато разів більше, ніж під час введення їх крізь очеревину і особливо під кожу.

Таким чином, комбінуючи способи запровадження, можна очікувати успішне лікування з допомогою ліпосом і тих захворювань, які мало пов’язані з клітинами ретикулоэндотелиальной системы.

Липосомы, потрапляючи до кровообігу, зазвичай, стають здобиччю макрофагів і сягають мети. Але якщо вони з'єднані з антитілами до белкам-адресатам, то велика їх частина встигає прибути на місце призначення раніше, ніж станеться зустріч із макрофагом. Ще краще результати будуть, якщо вперед пустити липосомы без вантажу, а слідом — з ліками, тоді перші потраплять макрофагам, а другі безперешкодно дійдуть до цели.

Исследования останніх встановили, що систему макрофагів відіграє у позиційному захисті організму від різних інфекцій і новоутворень (пухлин). Макрофаги здатні знищувати як пухлинні клітини, і клітини, уражені вірусами, не чіпаючи у своїй нормальні, здорові клітини. Але роблять усе це макрофаги лише активированном стані. А активують їх лімфоцити, які виділяють при цьому спеціальні речовини — лимфокины.

Помимо лимфокинов макрофаги може бути активовані та інші речовинами, зокрема мікобактеріями, до яких належать і бацили туберкульозу. Давно відомо, що це мікроорганізми в суміші з антигенами здатні посилювати імунна відповідь. Базуючись у цьому властивості, були приготовлені препарати, що посилюють імунну відповідь люди, отримавши назва адъювантов. Чинним початком адъювантных властивостей мікобактерій виявилося речовина пептидной природи, так званий мурамилдипептид. Він такий ж, як і лимфокины, виявив здатність активувати макрофаги.

Ученые спробували використовувати ці речовини на лікування пухлин і інфекційних захворювань. Проте їх ефективність виявилася невисокою, оскільки вони всього на 1…2 години затримуються в організмі. Результати були кращими, якщо активатори вводили вони часто й у великих дозах. Однак цьому виявлялися небажані побічні на організм, крім того препаратів потрібно було надто много.

Резкий зрушення на краще намітився в 1981 року, коли було встановлено, що здатність лимфокинов і мурамилдипептида активувати макрофаги значно зростає, коли ці речовини вводити в липосомах. У цьому спостерігається збільшення тривалості їхні діяння, іноді за кілька діб. Важливіше те, що вдається в багато разів знизити їх дози без шкоди ефективності. Цікаво зазначити, що обидва препарати, укладені одні й самі липосомы, при активації посилювали хід одне друга.

Мурамилпептид в липосомах виявилося також дуже ефективним проти вірусу герпесу, а поєднані із таким препаратом, як глюкантин, — і боротьбу проти згадуваного лейшманиоза.

Эффективность використання ліпосом як носіїв ліків великою мірою залежить ще й того, чи вони зберегти свою цілісність після введення організм. Річ у тім, що з ліпосом є дуже серйозний «ворог» — сироватка крові. До її складу входять липопротеины — складні білки, містять ліпіди. Обмінюючись з липосомами липидами, липопротеины сприяють руйнації ліпосом і вытеканию назовні їх вмісту. Проте нині знайдено способи, дозволяють збільшити стійкість ліпосом до дії липопротеинов. Наприклад, цьому допомагає введення до складу ліпосом холестерину. Є й інші виходи зміни складу ліпосом, які дозволяють успішно захищатися від руйнації сироваткою крови.

Таким чином, у практичному використанні ліпосом відкриваються непогані перспективи. Крім медицини, є підстави корисними у світі сільське господарство, вже нині вони знаходять використання у генної інженерії: з допомогою можна ефективніше, ніж звичайним шляхом, вводити генетичну інформацію всередину клеток.

Конечно, вважати, що широкі клінічних досліджень ліпосом можна розпочати вже сьогодні. І тому слід вирішити і інших проблем. Однією є спосіб запровадження ліпосом. Так, навряд чи слід рекомендувати внутрішньовенне, хоч і дуже ефективне, їх запровадження, бо існує певна небезпека закупорки судин (емболії). Менше побоювань викликають внутримышечное і підшкірне їх запровадження, і особливо — через рот, оскільки зі сказаного вище зрозуміло, що у деяких випадках липосомы з в’язнями них речовинами здатні проходити через стінки шлунково-кишкового тракту. Такий спосіб запровадження ліпосом у організм, очевидно, безвреден.

Серьезную проблему представляє стерилізація ліпосом. Поки що найприйнятніший способом можна вважати стерилізацію ліпосом з допомогою таких фільтрів, пори яких пропускають лише молекули ліпідів і затримують микроорганизмы.

Весьма істотні також терміни зберігання ліпосом після їх приготування. Наразі вони невеликі. Але, певне, і це проблема незабаром вирішена, оскільки недавно знайдено спосіб сушіння попередньо заморожених ліпосом. Такі висушені липосомы, містять лікарські речовини, здатні зберігатися досить довго: місяці й роки. Для їх використання досить прилить до них той обсяг води, який був вилучений при сушке.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.