липосомы. Липосомальные технологии в медицине, дерматологии и косметологии

• Название: Липосомальные технологии в медицине, дерматологии и косметологии
• Дата: 12.11.2019
• Размер: 335.35 Kb.
• Имя файла: липосомы.pdf
• Тип: Документы; #94900
• страница: 1 из 3

Липосомальные технологии в медицине, дерматологии и косметологии
В середине 60-х годов английский ученый Алек Бэнгхем, выясняя роль фосфолипидов в свертывании крови, изучал структуру коллоидных дисперсий, образующихся при набухании фосфолипидов в избытке воды. На электронных микрофотографиях он увидел слоистые частицы, удивительно похожие на мембранные структуры клетки [34,35]. Следующее исследование показало, что неорганические ионы, присутствующие в растворе в момент набухания фосфолипидов, включаются внутрь этих частиц и удерживаются там длительное время, обмениваясь с ионами наружного раствора с очень малой скоростью [12,16]. Так, впервые было установлено, что фосфолипиды, являющиеся основными компонентами клеточных мембран, способны самопроизвольно образовывать в воде замкнутые мембранные оболочки. Эти оболочки захватывают в себя часть окружающего водного раствора, а образующая их фосфолипидная мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера, легко пропускающего воду, но препятствующего диффузии растворенных в ней веществ [12,16,32,31]. С момента открытия везикул и доказательства их инкорпорирующей и стабилизирующей способности в отношении многих веществ, в том числе и лекарственных, прошло более 40 лет.
В 1974 году Грегори Грегориадис из Лондона предложил помещать внутрь этих везикул - липосом лекарственные препараты для их транспортировки в организме. Именно это и открыло новые перспективы применения липосом в медицине как носителей лекарств [12,24].
Все эти годы липосомы (от греч. липос – жир и сома – тельце или частица) интенсивно исследуются и применяются в качестве моделей мембран, транспортных контейнеров, а также реакционных систем в биохимии, фармации, иммунологии и биотехнологии. Некоторые липидные везикулы получили специальные названия, например, «протеолипосомы»,
«иммуносомы», «наносомы», «виросомы» и др. Последние используют в

качестве искусственных вакцин. Термин «фармакосомы» был предложен для липосом с ковалентно присоединенными лекарственными веществами, т.е. из амфифильных предшественников лекарственных препаратов [3,16].
Итак, липосомы - сферические везикулы с одним или несколькими сплошными бислоями из фосфолипидов, например, из лецитина. Образуются везикулы благодаря способности многих нативных или синтетических соединений (церамиды, жирные кислоты, лизолипиды, а также неионогенные и ионогенные ПАВ и др.), обладающих амфифильными свойствами, в определенных условиях формировать замкнутые бислои [3].
Строение липосом, размеры, разновидности, химический состав.
Основным и традиционным субстратом для образования липосом являются фосфолипиды, а из них - лецитин (фосфатидилхолин - эфир фосфорной кислоты и жирных кислот). Основная роль фосфолипидов в клетке – быть структурными компонентами мембран.
Амфифильность придает фосфолипидам свойство самопроизвольно образовывать в воде мембраны, которые представляют собой двойной слой липидных молекул, обычно называемый липидным бислоем. Стремление максимально ограничить контакт неполярных цепей липида с водой приводит к тому, что бислой при его достаточной протяженности замыкается сам на себя, образуя полые оболочечные структуры, везикулы или липосомы [27,31,32].
Выбор лецитина как основного структурного компонента неслучаен. Он в сравнении с другими липидами обладает высокой степенью стабильности.
Наличие водорастворимого и жирорастворимого участков обеспечивает ему свойства природного эмульгатора. Липосомы из фосфатидилхолина формируются просто, их взвеси сохраняют стабильность в течение длительного времени. Кроме того, лецитин - природный антиоксидант, он также повышает пластичность мембран клеток, служит источником фосфора и жирных кислот, оптимизирует процессы усвоения многих БАВ.
Фосфолипиды являются основными составляющими мембран живых клеток, в том числе клеток кожи. Недостаток фосфолипидов приводит к серьезным

изменениям обмена веществ, и, следовательно, к истощению, вялости, сухости кожи, нарушению ее функций, преждевременному старению.
Использование фосфатидилхолина в составе двухслойных оболочек микрокапсул обеспечивает его наибольшую биодоступность [3,27].
Липидный бислой
Водное ядро
Действующее вещество
Рисунок 1. Схема липсомы [3]
Изготавливаются различные виды липосом. Чаще всего они являются многослойными, и потому их иногда называют мультиламеллярными везикулами (МЛВ). В их состав входят несколько десятков, а то и сотен липидных бислоев, разделенных водными промежутками. Такие частицы имеют довольно крупные размеры - до 5 мкм (5000 нм). На другом полюсе обширного липосомного семейства находятся самые маленькие везикулы
(около 20 нм), образованные одним липидным бислоем и называемые малыми моноламеллярными везикулами (ММВ). Между этими двумя крайностями лежит целое поле разнообразных липосомных структур, различающихся размерами, формой, числом липидных бислоев и внутренним устройством. Внешне липосомы не всегда выглядят как глобулярные частицы. Иногда они принимают уплощенную дискообразную форму (так называемые дискомы) или имеют вид очень длинных и тонких трубок, которые называют тубулярными липосомами [13,25,36].
На терапевтическую ценность липосомальной системы как средства доставки лекарственных веществ значительное влияние оказывают размер

липосом, строение липидного слоя и соотношение лекарство/липид. В качестве средств доставки используются три вида липосом: многослойные везикулы (диаметр 200-1000 нм), большие однослойные везикулы (50-200 нм) и малые однослойные везикулы (20-50 нм) [12,13].
Для производства чаще всего применяются три технологии получения липосом в различных модификациях. Две из них предусматривают солюбилизацию липидов в органических растворителях или детергентах, которые затем удаляются. Третья технология не требует применения солюбилизирующих веществ.
Эффективность той или иной технологии определяется по количеству инкапсулированного продукта, выраженному в процентах от общего объема лекарственных веществ в растворе [2,3,5,14] .
Свойства липосом. Свойства липосом и их поведение определяются прежде всего наличием у них замкнутой мембранной оболочки. Несмотря на молекулярную толщину (около 4 нм), липидный бислой отличается исключительной механической прочностью и гибкостью.
В жидкокристаллическом состоянии бислоя его компоненты обладают высокой молекулярной подвижностью, так что в целом мембрана ведет себя как достаточно жидкая, текучая фаза. Благодаря этому липосомы сохраняют целостность при различных повреждающих воздействиях, а их мембрана обладает способностью к самозалечиванию возникающих в ней структурных дефектов. Вместе с тем гибкость бислоя и его текучесть придают липосомам высокую пластичность. Так, липосомы меняют размеры и форму в ответ на изменение осмотической концентрации внешнего водного раствора. При сильном осмотическом стрессе целостность бислоя может нарушиться, и липосомы могут раздробиться на частицы меньшего размера [4,6,16].
Для практического применения липосом и везикул исключительно важна их способность включать в себя и удерживать вещества различной природы. Это может быть сделано разными способами. Круг веществ, включаемых в липосомы, необычайно широк – от неорганических ионов и

низкомолекулярных органических соединений до крупных белков и нуклеиновых кислот. Хотя липосомы достаточно прочны и стабильны в широком диапазоне условий, их можно легко разрушить до мицеллярного состояния с помощью поверхностно-активных веществ, относящихся к разряду детергентов (то есть моющих средств). Этот процесс, называемый солюбилизацией, является обратимым, и липосомы вновь формируются, если детергент удалить из мицеллярного раствора. Самосборку мембран путем удаления солюбилизирующего детергента обычно применяют для встраивания интегральных мембранных белков в липидный бислой, называя этот процесс реконструкцией, а получаемые при этом белоксодержащие липосомы – протеолипосомами [5,19,25].
Рисунок 2. Способы проникновения содержимого липосом в клетку [3].
Формы взаимодействия липосом с мембраной клетки следующие: липосома может увеличить проницаемость мембраны – вызвать образование дополнительных каналов; может прикрепиться к мембране – адсорбироваться; важная форма взаимодействия – поглощение липосомы клеткой, в этом случае вещество, принесенное липосомой, попадает непосредственно в клетку; иногда клеточная мембрана и липосома обмениваются липидами, а в других случаях мембраны липосомы и клетки

сливаются друг с другом (рис.2). При этом могут изменяться свойства клеточных мембран: например, их вязкость и проницаемость, величина электрического заряда. Может также увеличиться или уменьшиться количество каналов, проходящих через мембраны. Таким образом, благодаря липосомам появляется новый способ направленного воздействия на клетку, который можно назвать «мембранной инженерией» [25,27,31,36].
Применение липосом. Первое применение липосом в научных исследованиях было связано с моделированием клеточных мембран. С их помощью были установлены основные закономерности транспорта веществ через мембрану, показана важная роль фазовых переходов в функционировании мембран, определены молекулярные параметры липидного бислоя и его динамические характеристики, изучены процессы слияния мембран, в реконструированных системах были охарактеризованы индивидуальные мембранные белки и целые белковые ансамбли [16]. В последнее время на липосомы и везикулы обратили внимание представители других фундаментальных наук. Математиков интересуют проблемы топологии двумерных поверхностей в трехмерном пространстве в связи с упругими свойствами липидного бислоя. Физиков липосомы привлекают как фрактальные системы со специфическим поведением при агрегации и богатством морфологических превращений. Для химиков бислойные везикулы интересны как микрореакторы, позволяющие проводить химические реакции в ориентированных средах с возможностью пространственного разделения реагентов и продуктов реакции посредством мембран.
Специалистам в области материаловедения липосомы представляются прекрасной основой для создания новых композитных материалов с высокой биосовместимостью [25,27]. В настоящее время некоторые фирмы выпускают специальные липосомные реагенты для трансфекции, то есть введения ДНК, РНК и других макромолекул в клетки разного типа, в т.ч. и растительные. Заслуживает упоминания также их

использование для диагностических и аналитических целей. В липосомы можно включать радиоактивные, рентгеноконтрастные, парамагнитные вещества, а также вещества, отражающие ультразвук, с тем, чтобы улучшить качество изображений, получаемых такими методами диагностики, как компьютерная томография, рентгенография, сцинтиграфия и ультразвуковое зондирование [1,2,10,30]. Этот перечень можно продолжить, но и так ясно, что липосомы и везикулы в качестве объекта исследования обещают в будущем много интересных открытий. В настоящее время наиболее активно развивающееся направление практического использования липосом лежит в сфере фармакологии и медицины. Способность липосом включать в себя самые разные вещества практически без каких-либо ограничений в отношении их химической природы, свойств и размера молекул дает поистине уникальные возможности для решения целого ряда медицинских проблем [25,26,31].
Так, многие лекарственные препараты имеют низкий терапевтический индекс, т.е. лечебная доза мало отличается от токсичной. В других случаях лекарственный препарат при введении в организм может быстро терять активность под действием инактивирующих агентов. Включение таких препаратов в липосомы может значительно повысить их терапевтическую эффективность, поскольку, с одной стороны, препарат, находящийся в липосоме, защищен ее 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 препарат высвобождается постепенно, в нужных дозах и в течение требуемого промежутка времени [22,32,33].
С точки зрения биологической совместимости липосомы идеальны как переносчики лекарственных препаратов. Они производятся из природных липидов и поэтому нетоксичны, не вызывают нежелательных иммунных

реакций и биодеградируемы, то есть разрушаются под действием ферментов, присутствующих в организме. Однако, липосомы недостаточно стабильны в крови и тканях. Быстро захватываются и выводятся ретикулоэндтелиальной системой. По этой же причине липосомные носители обычно не удается направить именно в те органы и ткани, где происходит патологический процесс. Однако, привлекательность идеи липосомальной терапии была настолько велика, что перечисленные осложнения стимулировали многочисленные и интенсивные исследования, в результате которых для многих проблем были найдены оригинальные, а порой и остроумные решения . Так, естественная нацеленность макрофагов на липосомы может быть использована для их активации, что очень полезно для борьбы с вирусными, бактериальными и грибковыми инфекциями и особенно в коже. Тот факт, что липосомы не задерживаются такими органами, как сердце, почки, мозг, а также клетками нервной системы, позволяет за счет использования липосомных лекарственных форм значительно снизить кардиотоксичность, нефротоксичность и нейротоксичность дорогостоящих препаратов, применяемых для противораковой терапии. Кроме того, прикрепление к поверхности липосом молекул, специфичных по отношению к клеткам-мишеням (например, иммуноглобулинов), в некоторых случаях оказывается эффективным для направленной доставки соответствующих лекарств. Проблема доставки лекарства в нужное место может быть также решена путем местного применения липосомсодержащих лекарственных средств, как это было сделано в случае противоартритных и проитивоастматических препаратов, а также для лечения дыхательного синдрома новорожденных [11,19,21,23].
Все эти приемы были предложены для обычных липосом, время пребывания которых в кровотоке невелико (от нескольких минут до нескольких часов). И поэтому они не решали общей проблемы преодоления естественных барьеров для липосом в организме, основным из которых

является печень. Проблема была решена за счёт увеличения гидрофильности при помощи ковалентно связанного синтетического полимера полиэтиленгликоля [3]. В результате время жизни липосом в кровотоке превысило двое суток. Но, что более важно, такие липосомы постепенно накапливались в тех местах, где кровеносные сосуды были фенестрированы, обладали повышенной проницаемостью или вообще были плохо развиты, что обычно характерно для опухолей и окружающих их тканей, а также при инфекционных и воспалительных процессах. Необычные свойства полиэтиленгликольсодержащих липосом и их высокая терапевтическая эффективность были настолько велики, что эти липосомы получили образное название "липосомы-невидимки" (stealth liposomes) [3,5,7,12].
Применение липосом в медицине не ограничивается традиционной химиотерапией. Липосомы более перспективны в сочетании с новым поколением лекарств, созданных благодаря успехам белковой и генетической инженерии. Генная инженерия основана на введении фрагментов ДНК в клетки, с целью производства нужных белков. Использование для этой цели липосом, содержащих лечебные гены, может оказаться полезным для терапии наследственных заболеваний, которые обусловлены дефектами генов [15,30]. С помощью липосом в организм могут быть также введены различные белки, в частности ферменты, с целью энзимотерапии и цитокины для коррекции иммунного статуса организма. Весьма серьезные работы ведутся по созданию гемоглобинсодержащих липосом (гемосом) с целью получения искусственных заменителей крови [3,36]. Больших успехов достигли учёные при помощи липосом в борьбе с инфекционными заболеваниями. Получены препараты для лечения лейшманиоза – заболевания, различными формами которого страдает около 100 миллионов человек.
Липосомальная форма сурьмы подавляет размножение возбудителей болезни в клетках печени в сотни раз эффективнее, чем обычная, а токсическое действие на сердце и почки снизилось настолько, что

позволило увеличить дозу препарата. Сходные результаты были получены и при лечении похожих на лейшманиоз грибковых заболеваний – криптококкоза и гистоплазмоза [5].
Другие исследователи, используя антибиотик гентамицин, заключенный в липосомы, получили такие же результаты против возбудителей бруцеллеза, причем опыты были проведены как на культуре клеток, так и на животных – морских свинках [33].
Формы взаимодействия липосом с клетками, во многом объясняют их способность преодолевать многие анатомические барьеры организма, в частности, стенки желудочно-кишечного тракта. Это обстоятельство было использовано для лечения сахарного диабета - инсулин в липосомах per os.
Оказалось, что введение инсулина в липосомах вызывало снижение сахара в крови животных, ибо липосомы защищают этот гормон от разрушения желудочно-кишечном тракте. В настоящее время исследования в этом направлении продолжаются. Цель их – добиться возможности лечения диабета введением инсулина перорально, что будет большим подарком для больных этой тяжелой болезнью. Липосомы также используются для лечения болезни Паркинсона. Липосомный препарат в дозе, в 10 раз меньшей, чем раствор ДОФА, давал более выраженный антипаркинсонический эффект.
Кроме того, действие липосомного препарата длится почти в три раза дольше, чем обычного раствора ДОФА [19,31].
Успехи в разработке и применении липосомных препаратов медицинского назначения велики. В настоящее время они является предметом пристального внимания со стороны многих фармацевтических компаний, которые инвестируют значительные средства в эту область. По данным реферативного сборника "Изобретения стран мира", опубликовано более 670 патентных документов, явившихся результатом изучения липосом.

В этой области лидируют Япония, США, ФРГ, Франция, Великобритания,
Швейцария.
1.5.1. Применение липосом в дерматологии и косметологии
Традиционные лекарственные формы, применяемые в наружной терапии кожных болезней давно получили заслуженное признание во всём мире и, несмотря на значительные успехи в производстве лекарств для парентерального применения, средства для наружного применения продолжают разрабатываться и совершенствоваться. Но, при этом, в производстве и применении липосом, в отечественной фармации и дерматологии практически нет фармакопейных мазей, кремов, паст, болтушек и др. наружных липосомсодержащих лекарственных форм. Причём препараты для наружного применения позволяют избежать тех сложностей, с которыми сталкиваются разработчики лекарств для внутреннего введения.
Изучение проницаемости кожи началось с работ исследователя Homalle, опубликованных в середине 50-х годов ХIХ века [17]. В них было показано, что кожа состоит из нескольких слоев, имеющих разное строение и функции.
Homalle впервые заявил о том, что эпидермис гораздо менее проницаем, чем дерма. Чтобы проникнуть внутрь кожи необходимо пройти узкие межклеточные промежутки.
Поэтому крупные молекулы
(белки, полисахариды) не в состоянии этого сделать. Кроме того, липиды, заполняющие эти промежутки представляют собой гидрофобную среду, не пропускающую водорастворимые соединения. Вместе с тем через липидный барьер легко просачиваются небольшие жирорастворимые молекулы компоненты масел и жиров. Насыщенные жиры впитываются плохо, смешиваясь с эпидермальными липидами, они делают их более жесткими и менее проницаемыми [9,13] Было разработано несколько математических моделей кинетики проникновения различных веществ через роговой слой и их дальнейшего распределения в эпидермисе [33].Все эти исследования явились предпосылкой для создания в 60-х годах первых липосом.

Липосомсодержащие мягкие лекарственные формы по сравнению с традиционными мазями, кремами и гелями обладают большей проникающей способностью по отношению к коже и её придаткам, а потому являются более доступными для живых клеток и следовательно более эффективными
[9].
Исследования показали, что липосомы активно реагируют с эпидермоцитами. Они легко проникают в кожу (вплоть до подкожной клетчатки) и усваиваются, взаимодействуя с белками кожи и липидами клеточных мембран. Они могут сливаться с клетками, перенося активные вещества внутрь, захватываться клетками, внося в них свое содержимое, обмениваться с клеткой липидами из своей оболочки [18].
В работах, посвящённых лечению раневого сепсиса путём аппликации липосомальных суспензий содержащих рифампицин, было показано, что применение липосомальных форм в качестве депо, с регулируемой кинетикой выхода инкапсулированных веществ, является весьма эффективным. Кинетика выхода лекарственных средств из липосом в окружающую среду определяется целым комплексом факторов, в частности, размером и структурой липосом, концентрацией и природой инкапсулированного вещества, зарядом и составом липидного матрикса, величиной рН, температурой и т. д. [19,33].
Положительные результаты, полученные при лечении стафилококкового сепсиса послужили основанием для экспериментальной оценки возможности применения липосом в виде аппликаций при экспериментальной раневой инфекции, вызванной стафилококком [19]. В ходе эксперимента было доказано, что рифампицинсодержащие липосомы вызывали в два раза более быстрое заживление, чем рифампицин, введенный в виде инъекции [19].
В 90-х годах был разработан ранозаживляющий и противовоспалительный крем «Альпика», содержащий фитокомплекс в липосомальной форме. Эффективность этого средства была подтверждена экспериментально.
Установлено, что противовоспалительное и

ранозаживляющее действие крема «Альпика» значительно эффективнее, чем у крема без липосом с таким же качественным и количественным фито составом [].
В 2004 году Исмаилова Г.К. проводила сравнительное изучение противовоспалительного действия магнитоуправляемых липосом преднизолона, липосом с преднизолоном, магнитолипосом и 0,5% преднизолоновой мази при экспериментальном аллергическом дерматите . В ходе исследований автор отметила, что при применении магнитоуправляемых липосом преднизолона происходил направленный транспорт лекарства в очаг поражения, увеличивалась глубина проникновения лекарственного вещества за счет сочетанного действия магнитного поля и липосомальной формы преднизолона.
При использовании 0,5% преднизолоновой мази без липосом процесс формирования молодого эпидермального слоя происходил на 3-4 суток медленнее, чем при использовании магнитоуправляемых липосом преднизолона, и в результате заживления формировался келоидный рубец
[4].
Китайскими учёными в 2003 году был изготовлен липосомальный гель интерримина для лечения рака кожи. Было показано, что проницаемость кожи для интерримина сходна при его применении как в составе липосомного, так и обычного геля. Однако удерживание липосомного геля интактной кожей было в 3,2 раза выше по сравнению с обычным [38].
Shigeta Y., Imanaka H. в 2003 г. с целью разработки улучшенного липосомального препарата, содержащего линолевую кислоту, для профилактики гиперпигментации кожи получили комплекс из соевого лецитина и линолевой кислоты. Для выяснения механизма действия препарата оценивали проникновение в кожу и длительность нахождения в ней линолевой кислоты вблизи меланоцитов. В результате проведённых исследований авторы сделали вывод, что липосомальная форма линолевой

кислоты проникает в кожу лучше и задерживается в ней значительно дольше, чем без липосом [37].
Для улучшения репарации ДНК базальных кератиноцитов после ожогов, в т.ч. полученных под действием ультрафиолета, был разработан липосомальный препарат димерицин, который представляет собой фермент репарации ДНК Т4 эндокуклеазу V [19].