Was sind
Liposomen sind geschlossene vesikuläre Strukturen, deren Abmessungen von 20-25 nm bis zu 2,5 µm (d. h. 2500 nm) variieren können. Ihre Struktur (sehr ähnlich der von Zellmembranen) ist durch das Vorhandensein einer oder mehrerer Doppelschichten amphiphiler Lipide gekennzeichnet, die ein hydrophiles Kern enthaltendes Material in der wässrigen Phase begrenzen. Darüber hinaus liegt die wässrige Phase auch außerhalb der Liposomen vor.
Das Interesse an dieser Entdeckung war sofort groß, insbesondere im medizinisch-pharmazeutischen Bereich, und es überrascht nicht, dass Liposomen seit den 1970er Jahren in experimenteller Form als Wirkstoffträger verwendet werden. Nach und nach haben die Forscher gelernt, die Eigenschaften der Liposomen so zu verfeinern, dass sie die gewünschte therapeutische Wirkung entfalten können.
Die Forschung auf diesem Gebiet war und ist sehr intensiv, daher überrascht es nicht, dass Liposomen derzeit als wirksame Systeme zur Wirkstoffabgabe verwendet werden.
Struktur
Struktur und Eigenschaften von Liposomen
Wie erwähnt haben Liposomen eine Struktur, die durch das Vorhandensein einer oder mehrerer Doppelschichten amphiphiler Lipide gekennzeichnet ist. Im Detail bestehen diese Doppelschichten meist aus Phospholipidmolekülen: die der äußersten Schicht liegen regelmäßig nebeneinander und legen ihren polaren Kopf (hydrophiler Teil des Moleküls) der sie umgebenden wässrigen Umgebung aus; der apolare Schwanz (hydrophobe Teil des Moleküls) ist stattdessen nach innen gerichtet, wo sie mit der zweiten Lipidschicht verflochten ist, die eine Spiegelorganisation zur vorherigen hat. In der inneren Phospholipidschicht sind die Polköpfe tatsächlich der wässrigen Umgebung zugewandt in der Höhle des Liposoms.
Dank dieser besonderen Struktur können die Liposomen in eine wässrige Phase eingetaucht bleiben und gleichzeitig einen wässrigen Inhalt enthalten, in dem Wirkstoffe oder andere Moleküle dispergiert werden können.
Gleichzeitig wird - dank der Phospholipid-Doppelschicht - der Ein- und Austritt von Wassermolekülen oder polaren Molekülen verhindert, wodurch der Inhalt des Liposoms (der durch den Eintritt oder Austritt von Wasser oder polaren gelösten Stoffen nicht verändert werden kann) effektiv isoliert wird.
Niosomen
Die Niosomen (Nicht-ionische Liposomen) sind besondere Liposomen, deren Struktur sich von den "klassischen" Liposomen unterscheidet. Tatsächlich werden in den Niosomen die Phospholipidschichten durch synthetische nichtionische amphiphile Lipide ersetzt, die normalerweise dem Cholesterin zugesetzt werden. Niosomen haben Abmessungen von weniger als 200 Nanometern, sind sehr stabil und haben verschiedene besondere Eigenschaften, die sie unter anderem für die topische Anwendung sehr geeignet machen.
Merkmale
Die Eigenschaften von Liposomen hängen von der typischen Struktur ab, mit der diese Vesikel ausgestattet sind. Tatsächlich haben die äußeren Schichten eine bemerkenswerte Affinität zu Plasmamembranen, deren Zusammensetzung weitgehend ähnlich ist (natürliche Phospholipide wie Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin und Cholesterinester).
Auf diese Weise können die wasserlöslichen Substanzen, die in den liposomalen Mikrosphären enthalten sind, leicht in die Zellen transportiert werden.
Gleichzeitig kann das Liposom auch pharmakologisch aktive lipophile Moleküle in seine äußere Phospholipid-Doppelschicht einbauen.
Weiterhin können, wie erwähnt, die Eigenschaften der Liposomen verbessert werden, um die Vesikel an die unterschiedlichsten Bedürfnisse anzupassen. Dazu ist es notwendig, je nach angestrebtem Ziel durch Strukturveränderungen unterschiedlicher Art einzugreifen: So kann beispielsweise das Problem der Instabilität von Phospholipiden (hohe Oxidationsneigung) durch partielle Hydrierung, Addition . gelöst werden eines Antioxidans (Alpha-Tocopherol) oder durch Lyophilisierung (Proliposomen), wodurch die Stabilität der Vesikel sehr lange erhalten bleibt.
Weiterhin kann die Lipiddoppelschicht so aufgebaut sein, dass die Bindung an bestimmte Zelltypen erhöht wird, beispielsweise durch Antikörper, Lipide oder Kohlenhydrate. In ähnlicher Weise kann die Affinität von Liposomen für ein bestimmtes Gewebe durch Variation seiner Zusammensetzung und elektrischen Ladung modifiziert werden (Zugabe von Stearylamin oder Phosphatidylserin, um positiv geladene Vesikel zu erhalten; während mit Dicetylphosphat negative Ladungen erhalten werden), wodurch die Konzentration des Arzneimittels in erhöht wird das Zielorgan.
Um die "Halbwertszeit von Liposomen" zu erhöhen, ist es schließlich möglich, ihre Oberfläche durch Konjugieren von Polyethylenglykol (PEG)-Molekülen an die Lipiddoppelschicht zu modifizieren, wodurch die sogenannten "Stealth-Liposomen" hergestellt werden eigene PEG-beschichtete Liposomen, die Doxorubicin tragen Wie oben erwähnt, erhöht diese Beschichtung signifikant die Halbwertszeit von Liposomen, die sich allmählich in Krebszellen konzentrieren, die die Kapillaren des Tumors durchdringen; diese sind tatsächlich erst kürzlich entstanden, sind durchlässiger als die von gesunden Geweben und ermöglichen als solche, dass sich die Liposomen im neoplastischen Gewebe anreichern und die toxischen Wirkstoffe für Krebszellen freisetzen.
Verwendet
Verwendungen und Anwendungen von Liposomen
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften und Strukturen werden Liposomen in verschiedenen Bereichen eingesetzt: vom medizinischen und pharmazeutischen bis hin zum rein kosmetischen. Da Liposomen eine hohe Affinität zum Stratum corneum aufweisen, werden sie in der Tat intensiv auf diesem Gebiet verwendet, um die kutane Aufnahme funktioneller Substanzen zu begünstigen.
Im medizinischen und pharmazeutischen Bereich hingegen finden Liposomen sowohl im therapeutischen als auch im diagnostischen Bereich Anwendung.
Insbesondere die Fähigkeit von Liposomen, ihren Inhalt von der äußeren Umgebung zu isolieren, ist beim Transport von zum Abbau neigenden Substanzen (wie zB Proteinen und Nukleinsäuren) besonders nützlich.
Gleichzeitig können Liposomen genutzt werden, um die Toxizität einiger Medikamente zu reduzieren: Dies ist beispielsweise bei Doxorubicin der Fall - einem Krebsmedikament, das bei Eierstock- und Prostatakrebs indiziert ist -, das in lang zirkulierenden Liposomen verkapselt ist . seine Pharmakokinetik wurde erheblich verändert, ebenso wie der Grad der Wirksamkeit und Toxizität.
Einstufung
Klassifizierung und Arten von Liposomen
Die Einteilung der Liposomen kann nach verschiedenen Kriterien erfolgen, wie zum Beispiel: Größe, Struktur (Anzahl der Lipiddoppelschichten, aus denen das Liposom besteht) und die gewählte Herstellungsmethode (letztere Einteilung wird jedoch nicht berücksichtigt .) im Laufe des Artikels).
Im Folgenden werden diese Klassifikationen und die Haupttypen von Liposomen kurz beschrieben.
Klassifizierung nach strukturellen und dimensionalen Kriterien
Basierend auf der Struktur und Anzahl der Phospholipid-Doppelschichten jedes Vesikels können Liposomen unterteilt werden in:
Unilamellare Liposomen
Unilamellare Liposomen bestehen aus einer einzelnen Phospholipid-Doppelschicht, die einen hydrophilen Kern umschließt.
Abhängig von ihrer Größe können unilamellare Liposomen weiter unterteilt werden in:
- Kleine unilamellare Vesikel oder SUVs (Kleine unilamellare Vesikel) dessen Durchmesser von 20 nm bis 100 nm variieren kann;
- Große unilamellare Vesikel oder LUVs (Große unilamellare Vesikel) dessen Durchmesser von 100 nm bis 1 µm variieren kann;
- Riesige unilamellare Vesikel oder GUVs (Giants Unilamellare Vesikel) deren Durchmesser größer als 1 µm ist.
Multilamellare Liposomen
Multilamellare Liposomen oder MLVs (Multilamellare Vesikel) sind komplexer, da sie durch das konzentrische Vorhandensein verschiedener Lipidschichten (in der Regel mehr als fünf) gekennzeichnet sind, die durch wässrige Phasen (Zwiebelhautstruktur) voneinander getrennt sind. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaft erreichen multilamellare Liposomen Durchmesser zwischen 500 und 10.000 nm. Mit dieser Technik ist es möglich, eine größere Anzahl sowohl lipophiler als auch hydrophiler Wirkstoffe zu verkapseln.
Auch die sogenannten oligolamellaren Liposomen oder OLVs gehören zur Gruppe der multilamellaren Liposomen (Oligolamellare Vesikel), die immer aus einer Reihe konzentrischer Phospholipid-Doppelschichten bestehen, jedoch in einer geringeren Anzahl als die "richtigen" multilamellaren Liposomen.
Multivesikuläre Liposomen
Multivesikuläre Liposomen oder MVVs (Multivesikuläre Vesikel) sind durch das Vorhandensein einer Phospholipid-Doppelschicht gekennzeichnet, in deren Inneren andere Liposomen eingeschlossen sind, die jedoch nicht wie bei multilamellaren Liposomen konzentrisch sind.
Andere Klassifizierungen
Zusätzlich zu dem, was bisher gesehen wurde, ist es möglich, ein anderes Klassifikationssystem zu übernehmen, das Liposomen unterteilt in:
- PH-sensitive Liposomen: Dies sind Vesikel, die ihren Inhalt in leicht saurer Umgebung freisetzen. Tatsächlich protonieren die Lipide, aus denen sie bestehen, bei pH 6,5 und begünstigen die Freisetzung des Arzneimittels. Dieses Merkmal ist nützlich, weil sehr oft auf der Ebene der Tumormassen eine signifikante Senkung des pH-Wertes aufgrund des nekrotischen Gewebes, das sich mit dem Wachstum des Tumors bildet, auftritt.
- Thermosensitive Liposomen: Sie geben ihren Inhalt bei einer kritischen Temperatur (im Allgemeinen um 38-39 ° C) frei. Dazu wird nach der Applikation der Liposomen der Bereich, in dem sich die Tumormasse befindet, erwärmt, beispielsweise durch Ultraschall.
- Immunoliposomen: Sie geben ihren Inhalt frei, wenn sie mit einer Zelle in Kontakt kommen, die ein bestimmtes Antigen enthält.
Vorteile und Nachteile
Haupt- und Nachteile von Liposomen
Die Verwendung von Liposomen hat eine Reihe wesentlicher Vorteile, wie zum Beispiel:
- Die Bestandteile der äußeren Phospholipidschichten sind biokompatibel, sodass sie keine unerwünschten toxischen oder allergischen Wirkungen hervorrufen;
- Sie sind in der Lage, sowohl hydrophile als auch lipophile Moleküle in Zielgewebe einzubauen und zu transportieren;
- Die transportierten Stoffe werden durch die Wirkung von Enzymen (Proteasen, Nukleasen) oder durch denaturierende Umgebungen (pH) geschützt;
- Sie sind in der Lage, die Toxizität von toxischen oder reizenden Mitteln zu reduzieren;
- Sie können auf verschiedenen Wegen verabreicht werden (oral, parenteral, topisch usw.);
- Sie können so synthetisiert werden, dass ihre Affinität für bestimmte Zielorte (Proteine, Gewebe, Zellen usw.) erhöht wird;
- Sie sind biologisch abbaubar, ungiftig und derzeit großtechnisch herstellbar.
