Для чего нужны липосомы
Липосомальные наносистемы на основе соевых фосфолипидов как контейнер для лекарственных средств
А.И. Шанская, С.М. Пучкова
ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт гематологии и трансфузиологии ФМБА» г. Санкт-Петербург
Трансфузиология №2, 2013
Резюме
Разработан универсальный липосомальный контейнер для инкапсулирования различных фармацевтических внутривенных препаратов на основе нанофосфолипидной системы. Результаты представленных исследований могут быть использованы как в научных экспериментах, так и при освоении технологии получения новых липосомальных форм лекарств.
Ключевые слова: фосфолипиды сои, липосомы, наночастицы, альфа-токоферол.
Как известно, мембраны играют главную роль в системе биологической коммуникации, благодаря специфическим рецепторам, воспринимающим внешние стимулы. Фосфолипиды – основной класс мембранных липидов. Фосфатидилхолин (ФХ), максимально представленный в мембранах различных клеток тканей (35-50% от всех ФЛ), фосфатидилинозит (ФИ), относящийся к минорным метаболически значимым ФЛ, и мажорный, структурирующий мембраны фосфатидилэтаноламин (ФЭА), участвуют во многих процессах жизнедеятельности клетки. Природные ФЛ обычно отличаются высокой физиологической толерантностью и легко метаболизируются. Чтобы проследить путь экзогенных ФЛ, введенных в организм, проведены исследования с использованием радиоактивных изотопов. Для этой цели чаще всего использовали высокоочищенные ФХ и ФИ, выделенные из фосфолипидной смеси соевых бобов. Установлено, что у крыс, собак и человека из кишечника в течение суток всасывается 90% поступившего ФХ. Максимальная концентрация его в крови обнаруживается уже через 6 часов после поступления в организм. Аналогично метаболизируется и ФИ [1]. При применении препаратов из природных, высококонцентрированных фосфолипидов, полученных из генетически немодифицированных бобов сои, содержащих более 75% ненасыщенных жирных кислот, было установлено снижение активности ферментов крови (АлАТ, АсАТ) и величины показателей пигментного обмена, улучшение УЗИ-структуры паренхимы печени. Пациенты отмечали исчезновение дискомфорта в правом подреберье, улучшение переносимости жирной пищи [2].
В основе дезинтоксикационного и антирадиационного эффектов препаратов такого механизма действия лежит свойство полиненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов, связывать токсины и активные химические радикалы. Фосфолипиды являются важным компонентом неферментативной антиоксидантной защиты природных липидов.
В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе большое внимание уделяется разработке фосфолипидных транспортных систем. Фосфолипидные наночастицы (мицеллы/липосомы) имеют ряд преимуществ перед другими, например, полимерными наночастицами. Они нетоксичны, биодеградируемы, не вызывают аллергических реакций, благодаря своему строению и составу, имеют высокое сродство к мембранам клеток, что позволяет доставлять лекарство внутрь клетки. В настоящее время в мире существует 10-15 сертифицированных наносис- тем, используемых в качестве переносчиков лекарств, а на фармацевтическом рынке – несколько десятков, в основном, противоопухолевых препаратов, снабженных фосфолипидной системой транспорта (липосомы). Большинство препаратов находятся на последних стадиях клинических испытаний.
Одним из многообещающих направлений в развитии фармакологии являются нанотехнологии. На смену технологическим процессам с применением микрочастиц (препараты жировых эмульсий) пришли технологии, позволяющие работать с нано- частицами. Свойства таких частиц дают возможность создать нанокомпозиции, способные коренным образом изменить диагностику и лечение многих заболеваний [3].
В практическом аспекте нанотехнологии – это технологии, которые манипулируют единичными объектами размером не более 100 нм и используют их уникальные свойства, возникающие вследствие того, что в наночастицах, благодаря их малым размерам, существенно изменяются физико-химические свойства вещества. В области медицины возможности нанотехнологий нацелены на управление с помощью наноматериалов и наночастиц физическими, химическими и биологическими процессами, протекающими в живых организмах на молекулярном уровне [4].
Основное фармакологическое применение существующих в настоящее время наночастиц состоит в использовании их как носителей лекарственных веществ (ЛВ). Такие частицы могут облегчать всасывание и прохождение их через биологические мембраны, защищать от метаболизма, улучшать профиль тканевого распределения и усиливать проницаемость в клетку. Вследствие этого существенно повышается безопасность применения лекарств, уменьшаются их токсичность и риск развития побочных эффектов [5].
Несмотря на общее название, наночастицы существенно различаются по размеру, форме и составу входящих в них веществ. По форме они могут иметь вид шара, сферы, трубки, мицеллы и др. Преимущественно наночастицы – это сложные много- компонентные структуры, порой имеющие несколько слоев, различных по физико-химическим свойствам.
Наиболее изученными, с нашей точки зрения, наночастицами являются липосомы – наносферы водной субстанции, заключенные в фосфолипидную оболочку, размер их может варьироваться от нескольких десятков нанометров до десятка микрометров. Толщина липидного бислоя определяется, прежде всего, длиной углеводородных цепей и равна приблизительно 4–5 нм. Расстояние между бислоями 2–3 нм и может возрастать до 20 нм в зависимости от величины заряда бислоя. Липосомы являются уникальными носителями лекарств, поскольку обеспечивают не только направленную доставку, но и регуляцию скорости высвобождения лекарства в месте патологического процесса. Искусственные мембраны, построенные на основе липидного бислоя, позволяют воспроизвести в модельных системах (липосомах) многие функции и характеристики биологических мембран. Способность липосом включать в себя вещества различной химической природы без каких-либо ограничений даёт поистине уникальные возможности для решения некоторых медицинских проблем. Включение лекарственных веществ (ЛВ) в липосомы может значительно повысить их терапевтическую эффективность, поскольку, с одной стороны, препарат, находящийся в липосоме, защищен её мембраной от действия неблагоприятных факторов, а с другой – та же мембрана не позволяет токсичному препарату превысить допустимую концентрацию в биологических жидкостях организма. Липосома в данном случае выполняет роль хранилища, из которого ЛВ высвобождается постепенно, в нужных дозах в течение требуемого промежутка времени [6, 7, 8].
Свойства липосом в большой степени определяются химическим составом липидного бислоя. Рядом авторов было показано, что включение в состав липидного бислоя липосом анионных ФЛ (фосфатидилэтаноламина, инозит-фосфатида) увеличивает стабильность липосомальной везикулы. Введение отрицательно заряженного компонента придаёт мембране отрицательный заряд, предотвращающий агрегирование везикул и их прилипание к стенкам сосудов.
Так, в работе М.В. Жуковой с соавторами [9, 10], посвященной инкапсулированию доксорубицина в липосомы, для формирования липосомальных везикул использовался отрицательно заряженный фосфатидилэтаноламин (ФЭА) в сочетании с антиоксидантной составляющей – α-токоферолом. Липидный бислой содержит ФХ, ФЭА и α-токоферол в высоком соотношении 60:40:1. Применение такого состава является примером того, что фосфолипиды являясь благоприятным субстратом окисления, в то же время участвуют в синергическом увеличении эффективности действия токоферола. Таким образом, профилактика повреждения мембран и дезактивация процесса свободнорадикального окисления может быть обеспечена с помощью композиции фосфолипидов и полифенолов (α-токоферол).
Показано, что степень синергизма зависит не только от соотношения ФЛ и полифенолов, но и от относительной доли ФХ и ФЭА в ФЛ-комплексе. Хотелось бы отметить, что ФХ получали из лецитина соевых бобов Epikuron 200 (Lucas Meyer, США), содержащего 92% ФХ. Этими же авторами показано, как измерение состава бислоя липосом влияет на их свойства.
Многие авторы предпочитают в качестве составляющей бислоя использовать не соевый, а яичный ФХ. Так, в работе сотрудников института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН [11], в составе бислоя ЛС используется яичный ФХ и ФИ в соотношении (8:1) моль. Показана большая эффективность липосомальной формы диглицеридного производного метотрексата по сравнению с исходным лекарством, в том числе пониженная системная токсичность, а также преодоление явления множественной лекарственной устойчивости. Следует отметить, что в последние годы предпочтение всё же отдается ФЛ, выделенным из соевого сырья. Вышеприведенные немногочисленные примеры свидетельствуют о том, что важным условием сохранения стабильности липосомальной субстанции является наличие в составе липосом антиоксиданта α-токоферола (α-ТФ). Способность α-токоферола растворяться только в жирах и органических растворителях затрудняет его доступ в клетку. Решающим фактором доставки α-ТФ в клетку через её мембрану является включение его в бислои липосом. В литературе [12] описан способ получения липосомальной формы α-ТФ, который позволяет получать липосомы с высокой биологической активностью и стабильностью при хранении. Проведение циклической гомогенизации обеспечивает получение липосомального размера 50-400 нм. Заданное значение размера липосом достигается путём выбора давления и количества циклов гомогенизации. Соотношение α-ТФ и фосфолипидов составляет 1:6 по массе соответственно. Полученный препарат может быть использован в медицинской промышленности, в ветеринарии в качестве кормовых добавок и инъекций животным, а также в косметической промышленности. Применение нескольких антиоксидантов в составе одного препарата имеет важные преимущества, но не лишено недостатков. Преимущества заключаются в том, что некоторые антиоксиданты, например, токоферол-аскорбиновая кислота могут усиливать действие друг друга. В то же время в зависимости от соотношения между ними возможно взаимное ослабление действия. Это было показано напримере пары токоферол-каротиноиды в модельных системах [13].
Мембранопротекторный эффект витамина Е связан с проявлением антиоксидантных свойств и с его участием в организации структуры мембран за счет прямого взаимодействия его боковой изодентальной цепи с полиненасыщенными жирными кислотами фосфолипидных мембран. Такое взаимодействие приводит к более плотной упаковке мембран митохондрий. Вследствие этого у них появляется повышенная устойчивость к действию процессов ПОЛ.
Дефицит α-ТФ сопровождается интенсификацией процессов ПОЛ, заключающейся в повышении концентрации малонового диальдегида и снижении активности ферментативного звена антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы и каталазы). Данные последних лет свидетельствуют, что реакции свободнорадикального окисления играют важную роль в патогенезе последствий экстремальных состояний. Использование антиоксидантных лекарственных средств в этих случаях представляется вполне оправданным.
В литературе большое количество работ посвящено α-ТФ, как важнейшему витамину и антиоксиданту [14]. Широко обсуждаются вопросы биологической роли, метаболизма, дефицита витамина Е (клиническое проявление гиповитаминоза Е), его потребность для организма. Подчеркивается широкий спектр действия этого активного вещества и необходимость применения его при различных патологиях. Особо хочется отметить, что витамин Е обладает онкопрофилактическими свойствами, поглощает радикалы, обезвреживает канцерогены, повышает защитную способность Т-лимфоцитов, смягчает внутреннее воспаление и не дает перейти в хроническое, а главное, подавляет рост опухоли. Однако работы посвященные созданию липосомальной формы α-ТФ, встречаются редко и до настоящего времени препараты с α-ТФ для внутривенного введения отсутствуют.
В результате проведённых исследований в Российском НИИ гематологии и трансфузиологии в лаборатории жировых эмульсий создан универсальный для инкапсулирования различных фармацевтических препаратов липосомальный контейнер для внутривенного введения, липидные компоненты которого выделяются из отечественного сырья – фосфолипидов сои. Нами получены липосомы на основе фосфолипидов сои, содержащие α-токоферол.
В опытах на крысах изучалось терапевтическое действие α-ТФ и липосом с α-ТФ при синдроме длительного сдавливания [15]. Изучение содержания малонового диальдегида, активности каталазы и супероксиддисмутазы в тканях печени, почек, миокарда и мозга позволило судить о степени перекисного окисления липидов. Результаты исследований показали выраженное антиоксидантное действие липосом с α-ТФ, терапевтическая эффективность которых в 1,5–2 раза превышала эффективность обычной формы α-ТФ. Разработан способ получения ли- посом с цитохромом С для внутривенного введения. Оболочка липосом состояла из соевого лецитина, холестерина и компонента, содержащего отрицательно заряженные фосфолипиды.
Проведена работа по изучению противоишемической защиты миокарда с помощью липосом, содержащих цитохром С [16]. Изучение терапевтической эффективности проводили на модели ишемии у крыс. Установлено, что введение животным после острой ишемии миокарда липосом с цитохромом С препятствовало развитию тяжёлых нарушений энергетического обмена в сердце и тормозило активацию перекисного окисления липидов. У животных, которым вводили липосомы с цитохромом С, содержание в сердце фосфокреатина и АТФ было значительно выше, чем у крыс, которым вводили его обычную форму, а структурные повреждении миокарда менее выражены. Более высокие противоишемические свойства липосом с цитохромом С, очевидно, связаны с пролонгацией его терапевтического действия. Наличие липосомальной оболочки у цитохрома С способствует его удержанию в деструктивных участках. Результаты исследований позволяют рекомендовать липосомы с цитохромом С для экспериментального изучения как кардиопротекторного средства.
При введении животным гемосомы на основе как первого, так и второго состава, были нетоксичны. К сожалению, работы по включению в липосомы цитохрома и гемоглобина не вышли за рамки эксперимента. Отработана технология введения α-ТФ в бислой путём получения тонкой пленки с последующим ресуспензированием и измельчением «грубой» дисперсии липосом на гомогенизаторе высокого давления. В результате проведённых исследований был определён оптимальный липидный состав бислоя везикулы и создан оригинальный, не имеющий аналогов, липосомальный препарат для внутривенного введения Липоферол, являющийся наносистемой, содержащей везикулы диаметром не более 100 нм. Известно, что снижение отрицательного заряда эритроцитов является фактором, способствующим их агрегации и снижению суспензионной стабильности клеточной взвеси. Для устойчивости дисперсных систем и взвесей необходимо наличие стабилизатора, который обеспечивает стабильность и динамическую пластичность всей системы.
Совместно с сотрудниками лаборатории консервирования крови института проведено изучение влияния липосом на такие свойства эритроцитов крови как электрофоретическая подвижность, СОЭ, число осмотически неустойчивых эритроцитов, гемолиз, вязкость, деформируемость и другие [18].
Было установлено, что инкубирование консервированной крови доноров с липосомами в дозе моделирующей терапевтическую (2:6 мг фосфолипидов на 1 мл крови доноров) приводит к увеличению отрицательного значения дзета-потенциала эритроцитов. Дальнейшее изучение взаимодействия липосом с эритроцитами крови доноров выявило увеличение суспензионной стабильности крови при хранении в присутствии липосом в течение 14 суток. Наблюдалось снижение СОЭ, уменьшение процесса накопления микросгустков и числа осмотически неустойчивых эритроцитов по сравнению с контролем.
При изучении лечебной эффективности липосомального препарата с α-ТФ Липоферол на модели повреждения печени у животных при острой интоксикации четырёххлористым углеродом было установлено, что препарат обладает более высоким гепатопротекторным эффектом и оказывает выраженный лечебный эффект, по сравнению с α-ТФ per se. Эффективность Липоферола была показана и при инфузионной терапии ожогового шока. Отмечали значительное улучшение системой гемодинамики и кислородного режима организма, снижение явления токсемии в крови обожжённых животных. О повышении лечебной эффективности свидетельствует и большая, по сравнению с контролем, выживаемость животных.
Многофункциональность липосом, выявленная при разной экспериментальной патологии, позволяет рассчитывать на их успешное включение в схемы медикаментозного лечения, применяемого при инфузионной терапии в клинике. Отсутствие промышленного выпуска липосомальных препаратов, особенно для внутривенного введения, вызвано особенностями и сложностями технологии их получения. Создание липосомальных лекарственных препаратов для внутривенного введения для широкого клинического применения – актуальная задача отечественной медицины.
Косметика с липосомами
Поделиться:
Казалось бы, совсем недавно крем с гиалуроновой кислотой был вершиной научной мысли, а уже сегодня в своих лабораториях химики, как в тетрисе, складывают аминокислоты, имитирующие иммуноглобулины и «куски» коллагена; из экзотических растений выделяются стволовые клетки и антиоксиданты. И вся эта мощь брошена на то, чтобы остановить старение, а иногда даже повернуть вспять.
Чтобы косметика оказывала влияние на биологические процессы, необходимо довести активные компоненты до нужной точки в коже, где они будут эффективны и не навредят. Для решения этой задачи в свое время и были придуманы липосомы.
Еще в 1986 году производители заявили, что липосомы способны пронести сквозь защитный слой только полезные и активные вещества, оставив все ненужное (консерванты, эмульгаторы, растворители) на поверхности кожи. Само собой, цена липосомальных кремов и сывороток оказалась в несколько раз выше обычной.
Кстати, именно цена чаще всего и выдает наличие в креме липосом, ведь на этикетке в составе средства вы никогда не найдете слова «липосома». Впрочем, еще можно полистать глянцевые журналы и косметические сайты — реклама вам обязательно расскажет про уникальные запатентованные средства, включающие в себя «контейнеры» с чудесными свойствами проникновения.
Стоит ли соблазняться на эти обещания? Давайте разбираться.
Плюсы и. минус липосом
Липосомы — это микроскопические заполненные жидкостями сферы. Стенки этих сфер состоят из фосфолипидов и холестерина, аналогичных тем, из которых состоят мембраны наших собственных клеток и липидный барьер. Активные вещества запечатываются туда как в контейнер.
Инкапсуляция в «контейнеры» позволяет сохранить активное вещество и доставить его в точку назначения в «свежем» виде. Очень полезная штука, особенно для легко распадающихся компонентов, таких как витамин С и ретинол, которые окисляются при воздействии света и воздуха, а также для других активных антиоксидантов, которые стремятся незамедлительно проконтактировать со своими соседями по формуле. Липосомальная оболочка изолирует такие компоненты, в итоге повышается эффективность косметического средства.
Еще одно преимущество — схожая по составу с нашей кожей стенка липосомы. Распределяясь по поверхности рогового слоя, липосома как будто «встраивается» в кожу, ее фосфолипиды сливаются с липидным матриксом кожи, высвобождая инкапсулированные молекулы вещества. К тому же липосомы не «лопаются» одновременно, а значит, активные вещества высвобождаются постепенно, имеет место быть то, что называют «пролонгированным действием».
И липосом есть один, но существенный минус — это большой размер, из-за которого способность проникать в живые слои кожи практически нулевая.
Дорогие или дешевые?
Каждая косметическая компания патентует свой вид липосом. Хотя по своей сути все они лишь контейнеры для доставки активных веществ, однако липосомы могут отличаться по размеру, форме и технологии изготовления и цене.
Цена зависит в первую очередь от материала липосомальных оболочек. Более дешевые оболочки создаются на основе всем известного лецитина подсолнечника или сои.
Они могут быть многослойными, это значит, что в каждый слой запечатывается свое активное вещество (как правило, чередуются слои с жирорастворимыми и водорастворимыми веществами), условно их называют мультисомы. Активных веществ в мультисомах больше, чем в однослойной липосоме, но с весом увеличивается и размер, поэтому попасть внутрь кожи у мультисом нет шанса. Впрочем, у однослойных оболочек шансов не намного больше.
Дорогие липосомы сделаны из более физиологичного «материала», в них высока доля фосфатидилхолина. Фосфатидилхолин выделяют из соевого лецитина и подвергают очистке. Именно он является основным элементом мембран клеток во всем организме и может укрепить защитный барьер.
Для сравнения: лецитин содержит только 20 % фосфатидилхолина, в то время как в дорогих липосомах используется сырье с фосфатидилхолином от 40–70 %. Эти липосомы также могут иметь несколько слоев.
Еще один вид дорогих липосом — трансферсомы, которые могут менять свою форму. В стенках этих «контейнеров» находится ПАВ, делающее липосому эластичной. Они могут просачиваться между клетками на поверхности и попадать внутрь рогового слоя.
Читайте также:
Новый крем
Читайте также: ПАВ в составе их мембран стремится соединиться с водой, а внизу рогового слоя воды больше, чем на поверхности, поэтому липосома следует «вниз», по пути изгибаясь, но не лопаясь. В нижней части рогового слоя или чуть ниже, в блестящем слое, ПАВ смешивается с водой и стенка липосомы разрушается. При этом водорастворимые активы, которые были внутри липосомы, также смешиваются с водой в роговом или блестящем слое и получают неплохой шанс себя «проявить».
Для сравнения: вода из обычного крема испаряется через 5 минут после нанесения на поверхность кожи, т. е. все водорастворимые элементы этого крема через 5 минут уже не работают, а остаются лежать «мертвым грузом».
Несмотря на то что липосомы не могут пройти глубоко в кожу, у них есть несомненное достоинство. Они сохраняют нестабильные, но эффективные ингредиенты и медленно высвобождают их в верхних слоях. В итоге кожа получает больше полезных веществ. Поэтому липосомальная косметика имеет явное преимущество перед обычной. С другой стороны, более дешевые липосомы работают почти так же, как и дорогие, так что решайте сами — стоит ли переплачивать за «дополнительные свойства».
Что касается косметики, которая действительно проникает в глубины кожи, то она существует. Однако в таких препаратах «главные герои» уже не липосомы. И об этих «героях» я расскажу вам в следующей статье.
Липосомальная система доставки активных веществ
В состав местных венотоников входят не только активные вещества, но и компоненты, обеспечивающие доставку лекарственного средства «к месту назначения».
Гели, мази, кремы — местные средства, которые должны сначала пройти через кожу, чтобы начать действовать там, где нужно. Эффективность местных венотоников зависит не только от состава, но и от их способности проникать через кожу.
Кожа защищает тело человека от различных неблагоприятных внешних воздействий, участвует в дыхании, терморегуляции и многих других процессах, поэтому она состоит из нескольких слоев (основные — эпидермис, дерма и гиподерма), являющихся барьерами для местных лекарственных средств. Чтобы обеспечить доставку лекарственных средств «к месту назначения», в «Детрагеле» применяется липосомальная система.
Что такое липосомы?
Липосомы — это сферические пузырьки, выстланные внутри несколькими слоями жироподобных веществ — липидов. Внутри они полые, что позволяет заполнять их различными веществами.
Впервые липосомы были рассмотрены в качестве «транспортной системы» для лекарственных препаратов в конце 70-х годов прошлого века, а именно в 1976 г. Эта форма легче усваивается организмом и позволяет большему количеству действующего вещества попасть в «цель». Сегодня липосомы используются в т. ч. для лечения пациентов с онкологическими заболеваниями, так как считается, что липосомальные препараты имеют меньше побочных эффектов и работают лучше [1].
Липосомы обладают рядом преимуществ, включая биосовместимость, способность к самосборке, способность нести несколько лекарственных препаратов.
Как работает липосомальная система?
Способность липосом сохранять внутри как гидрофильные (водорастворимые), так и гидрофобные (нерастворимые в воде) вещества делает их незаменимыми «наноконтейнерами» для доставки лекарственных препаратов к клеткам тела.
Благодаря своей биосовместимости (организм принимает вещество и не отторгает его) и биоразлагаемости (способность вещества постепенно растворяться в организме) липосомы могут проникать через клеточные мембраны и поглощаться клеткой вместе с содержащимся в ней препаратом, что значительно увеличивает терапевтический эффект. Липосомы работают для доставки лекарства путем диффузии, т. е. перемещая вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой.
Где применяются липосомы?
Липосомы активно применяются в качестве «транспортной системы» доставки лекарств в медицине, используются в вакцинах с целью усиления иммунного ответа, а также добавляются в различные косметические средства для улучшения проникновения.
Липосомальная система венотоника «Детрагель» [3]
Эссенциальные фосфолипиды, входящие в состав «Детрагеля», помогают сформировать липосому, которая содержит внутри гепарин и эсцин [3]. Благодаря способности фосфолипидов связываться с клеточными мембранами липосома «Детрагеля» проникает в микроциркуляторное русло (сосудистая сеть, располагающаяся между мелкими артериями и венами) и доставляет лекарственные вещества к месту поражения, восстанавливая микроциркуляцию крови и способствуя заживлению синяков и гематом [2].
2. Инструкция по медицинскому применению лекарственного препарата Детрагель® ЛП-001044.
3. Савельева М. И. Возможности трансдермальных систем доставки лекарственных средств, применяемых при хронических заболеваниях вен. Флебология. — 2018. — 12(1). — С. 40–49.
ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ. НЕОБХОДИМО ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ СО СПЕЦИАЛИСТОМ