Unilamellär liposom
En unilamellär liposom är en sfärisk liposom , en vesikel , bunden av ett enda dubbelskikt av en amfifil lipid eller en blandning av sådana lipider, innehållande vattenlösning inuti kammaren. Unilamellära liposomer används för att studera biologiska system och för att efterlikna cellmembran, och delas in i tre grupper baserat på deras storlek: små unilamellära liposomer/vesiklar (SUV) som med ett storleksintervall på 20–100 nm, stora unilamellära liposomer/vesiklar ( LUV) med ett storleksintervall på 100–1000 nm och gigantiska unilamellära liposomer/vesiklar (GUV) med ett storleksintervall på 1-200 µm. GUV används mest som modeller för biologiska membran i forskningsarbete. Djurceller är 10–30 µm och växtceller är vanligtvis 10–100 µm. Även mindre cellorganeller såsom mitokondrier är vanligtvis 1-2 µm. Därför bör en korrekt modell ta hänsyn till storleken på det prov som studeras. Dessutom dikterar storleken på vesiklar deras membrankrökning, vilket är en viktig faktor för att studera fusionsproteiner. SUV:ar har en högre membrankrökning och vesiklar med hög membrankrökning kan främja membranfusion snabbare än vesiklar med lägre membrankrökning som GUV.
Cellmembranets sammansättning och egenskaper varierar i olika celler (växtceller, däggdjursceller, bakterieceller, etc). I ett membrandubbelskikt skiljer sig ofta sammansättningen av fosfolipiderna mellan de inre och yttre bladen. Fosfatidylkolin, fosfatidyletanolamin, fosfatidylserin, fosfatidylinositol och sfingomyelin är några av de vanligaste lipiderna i de flesta djurcellmembran. Dessa lipider är mycket olika i laddning, längd och mättnadstillstånd. Närvaron av omättade bindningar (dubbelbindningar) i lipider skapar till exempel en kink i acylkedjor som ytterligare förändrar lipidpackningen och resulterar i en lösare packning. Därför måste sammansättningen och storlekarna av de unilamellära liposomerna väljas noggrant baserat på ämnet för studien.
Varje lipiddubbelskiktstruktur är jämförbar med lipidorganisation i lamellär fas i biologiska membran i allmänhet. Däremot multilamellära liposomer (MLV) av många koncentriska amfifila lipidbilager analoga med lökskikt, och MLV kan vara av varierande storlekar upp till flera mikrometer.
Förberedelse
Små unilamellära vesiklar och stora unilamellära vesiklar
Det finns flera metoder för att framställa unilamellära liposomer och protokollen skiljer sig beroende på typen av önskade unilamellära vesiklar. Olika lipider kan köpas antingen lösta i kloroform eller som lyofiliserade lipider. När det gäller lyofiliserade lipider kan de solubiliseras i kloroform. Lipider blandas sedan med ett önskat molförhållande. Därefter förångas kloroform med en försiktig ström av kväve (för att undvika syrekontakt och oxidation av lipider) vid rumstemperatur. En rotationsindunstare kan användas för att bilda ett homogent lager av liposomer. Detta steg tar bort huvuddelen av kloroform. För att avlägsna resterna av infångad kloroform, placeras lipider under vakuum från flera timmar till över natten. Nästa steg är återhydrering där de torkade lipiderna återsuspenderas i den önskade bufferten. Lipider kan vortexas i flera minuter för att säkerställa att alla lipidrester återsuspenderas. SUV:ar kan erhållas via två metoder. Antingen genom sonikering (till exempel med 1 sekunds pulser i 3 Hz-cykler vid en effekt på 150 W) eller genom extrudering. I extruderingsmetoden passerar lipidblandningen genom ett membran i 10 eller fler gånger. Beroende på membranets storlek kan antingen stadsjeepar eller LUV erhållas. Att hålla vesiklar under argon och borta från syre och ljus kan förlänga deras livslängd.
Jätte enlamellära vesiklar
Naturlig svullnad: i denna metod pipetteras lösliga lipider i kloroform på en teflonring. Kloroformen får avdunsta och ringen placeras sedan under vakuum i flera timmar. Därefter tillsätts den vattenhaltiga bufferten försiktigt över teflonringen och lipider tillåts naturligt svälla för att bilda GUV över natten. nackdelen med denna metod är att en stor mängd multilamellära vesiklar och lipidskräp bildas.
Elektroformation: I den här metoden placeras lipider på ett ledande täckglas (indiumtennoxid eller ITO-belagt glas) eller på Pt-trådar istället för en teflonring och efter dammsugning placeras buffert på de torkade lipiderna och den placeras i en sandwich med en andra ledande täckglas. Därefter appliceras ett elektriskt fält med viss frekvens och spänning, vilket främjar bildandet av GUV. För fleromättade lipider kan denna teknik inducera en betydande oxidationseffekt på vesiklarna. Ändå är det en mycket vanlig och pålitlig teknik för att generera GUV. Det finns modifierade tillvägagångssätt som använder gelassisterad svullnad (agarosassisterad svullnad eller PVA-assisterad svullnad) för bildandet av GUV under mer biologiskt relevanta förhållanden.
En mängd olika metoder finns för att kapsla in biologiska reaktanter i GUV genom att använda vatten-olja-gränssnitt som en ställning för att montera lipidskikt. Detta gör det möjligt att använda GUV som cellliknande membranbehållare för in vitro rekreation (och undersökning) av biologiska funktioner. Dessa inkapslingsmetoder inkluderar mikrofluidiska metoder, som möjliggör en högutbytesproduktion av vesiklar med konsekventa storlekar.
Ansökningar
Fosfolipidliposomer används som riktade läkemedelstillförselsystem . Hydrofila läkemedel kan bäras som lösning inuti SUV:erna eller MLV:arna och hydrofoba läkemedel kan införlivas i lipiddubbelskiktet av dessa liposomer. Om de injiceras i cirkulationen av människo-/djurkroppar, tas MLVs företrädesvis upp fagocytiska celler , och därför kan läkemedel riktas mot dessa celler. För allmän eller total leverans kan stadsjeepar användas. För topiska appliceringar på hud kan specialiserade lipider som fosfolipider och sfingolipider användas för att göra läkemedelsfria liposomer som fuktighetskrämare och med läkemedel som för anti-ultraviolett strålning.
Inom biomedicinsk forskning är unilamellära liposomer extremt användbara för att studera biologiska system och efterlikna cellfunktioner. Eftersom en levande cell är mycket komplicerad att studera, tillhandahåller unilamellära liposomer ett enkelt verktyg för att studera membraninteraktionshändelser såsom membranfusion , proteinlokalisering i plasmamembranet, studera jonkanaler, etc.