Un liposoma es una pequeña vesícula artificial , de forma esférica, que tiene al menos una bicapa lipídica . [2] Debido a su hidrofobicidad y/o hidrofilicidad, biocompatibilidad, tamaño de partícula y muchas otras propiedades, [2] los liposomas pueden usarse como vehículos de administración de fármacos y nutrientes , [3] como las nanopartículas lipídicas en las vacunas de ARNm . y vacunas de ADN . Los liposomas se pueden preparar alterando membranas biológicas (como por sonicación ).
Los liposomas suelen estar compuestos de fosfolípidos , [4] especialmente fosfatidilcolina y colesterol , [2] pero también pueden incluir otros lípidos, como los que se encuentran en el huevo y la fosfatidiletanolamina , siempre que sean compatibles con la estructura de la bicapa lipídica . [5] Un diseño de liposoma puede emplear ligandos de superficie para unirse a las células o tejidos deseados. [1]
Según la estructura de las vesículas, existen siete categorías principales de liposomas: multilaminares grandes (MLV), oligolaminares (OLV), unilaminares pequeños (SUV), unilaminares de tamaño mediano (MUV), unilaminares grandes (LUV), unilaminares gigantes (GUV) y vesículas multivesiculares (MVV). [6] Los principales tipos de liposomas son la vesícula multilaminar (MLV, con varias bicapas lipídicas de fase laminar ), la pequeña vesícula liposomal unilaminar (SUV, con una bicapa lipídica ), la vesícula unilaminar grande (LUV) y la vesícula cocleada. Una forma menos deseable son los liposomas multivesiculares en los que una vesícula contiene una o más vesículas más pequeñas.
Los liposomas no deben confundirse con los lisosomas , ni con las micelas y las micelas inversas . [8] A diferencia de los liposomas, las micelas suelen contener una monocapa de ácidos grasos o tensioactivos. [9]
La palabra liposoma deriva de dos palabras griegas: lipo ("grasa") y soma ("cuerpo"); se llama así porque su composición es principalmente de fosfolípidos.
Los liposomas fueron descritos por primera vez por el hematólogo británico Alec Douglas Bangham [10] [11] [12] en 1961 en el Instituto Babraham, en Cambridge, hallazgos que se publicaron en 1964. El descubrimiento se produjo cuando Bangham y RW Horne estaban probando el nuevo electrón del instituto. microscopio agregando tinción negativa a los fosfolípidos secos. El parecido con el plasmalema era obvio y las imágenes microscópicas proporcionaron la primera evidencia de que la membrana celular es una estructura lipídica bicapa. Al año siguiente, Bangham, su colega Malcolm Standish y Gerald Weissmann , un médico estadounidense, establecieron la integridad de esta estructura bicapa cerrada y su capacidad para liberar su contenido después del tratamiento con detergente (latencia ligada a la estructura). [13] Durante una discusión en un pub de Cambridge con Bangham, Weissmann nombró por primera vez a las estructuras "liposomas" en honor a algo que el laboratorio había estado estudiando, el lisosoma: un orgánulo simple cuya latencia ligada a la estructura podría verse alterada por detergentes y estreptolisinas. [14] Los liposomas se distinguen fácilmente de las micelas y las fases lipídicas hexagonales mediante microscopía electrónica de transmisión con tinción negativa. [15]
Bangham, con sus colegas Jeff Watkins y Standish, escribieron el artículo de 1965 que lanzó efectivamente lo que se convertiría en la "industria" de los liposomas. Casi al mismo tiempo, Weissmann se unió a Bangham en Babraham. Más tarde, Weissmann, entonces profesor emérito de la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York, los recordó sentados en un pub de Cambridge, reflexionando sobre el papel de las láminas lipídicas a la hora de separar el interior celular de su medio exterior. Creían que esta idea sería para la función celular lo que el descubrimiento de la doble hélice había sido para la genética. Como Bangham había estado llamando a sus estructuras lipídicas "mesofases esmécticas multilaminares" o, a veces, "Banghasomes", Weissmann propuso el término liposoma, más fácil de usar. [16] [17]
Un liposoma tiene un núcleo de solución acuosa rodeado por una membrana hidrofóbica , en forma de bicapa lipídica ; Los solutos hidrófilos disueltos en el núcleo no pueden atravesar fácilmente la bicapa. Los químicos hidrofóbicos se asocian con la bicapa. Esta propiedad se puede utilizar para cargar liposomas con moléculas hidrófobas y/o hidrófilas, un proceso conocido como encapsulación. [18] Normalmente, los liposomas se preparan en una solución que contiene el compuesto que se va a atrapar, que puede ser una solución acuosa para encapsular compuestos hidrófilos como proteínas, [19] [20] o soluciones en disolventes orgánicos mezclados con lípidos para encapsular moléculas hidrófobas. . Las técnicas de encapsulación se pueden clasificar en dos tipos: pasiva, que se basa en la captura estocástica de moléculas durante la formación de liposomas, y activa, que se basa en la presencia de lípidos cargados o gradientes de iones transmembrana. [18] Un parámetro crucial a considerar es la "eficiencia de encapsulación", que se define como la cantidad de compuesto presente en la solución de liposoma dividida por la cantidad inicial total de compuesto utilizado durante la preparación. [21] En desarrollos más recientes, la aplicación de liposomas en experimentos de una sola molécula ha introducido el concepto de "eficiencia de encapsulación de una sola entidad". Este término se refiere a la probabilidad de que un liposoma específico contenga el número requerido de copias del compuesto. [22]
Para llevar las moléculas a un sitio de acción, la bicapa lipídica puede fusionarse con otras bicapas, como la membrana celular , entregando así el contenido del liposoma; Sin embargo, este es un evento complejo y no espontáneo [23] que no se aplica a la administración de nutrientes y medicamentos. Al preparar liposomas en una solución de ADN o fármacos (que normalmente no podrían difundirse a través de la membrana), se pueden liberar (indiscriminadamente) más allá de la bicapa lipídica. [24] Los liposomas también pueden diseñarse para administrar medicamentos de otras maneras. Los liposomas que contienen un pH bajo (o alto) pueden construirse de manera que los fármacos acuosos disueltos se carguen en solución (es decir, el pH está fuera del rango de pI del fármaco ). Como el pH se neutraliza naturalmente dentro del liposoma ( los protones pueden atravesar algunas membranas), el fármaco también se neutralizará, permitiéndole pasar libremente a través de una membrana. Estos liposomas funcionan para administrar el fármaco por difusión en lugar de por fusión celular directa. Sin embargo, la eficacia de este paso regulado por pH depende de la naturaleza fisicoquímica del fármaco en cuestión (por ejemplo, pKa y que tenga una naturaleza básica o ácida), que es muy baja para muchos fármacos.
Se puede aprovechar un enfoque similar en la biodestoxificación de fármacos mediante la inyección de liposomas vacíos con un gradiente de pH transmembrana. En este caso, las vesículas actúan como sumideros para eliminar el fármaco de la circulación sanguínea y prevenir su efecto tóxico. [25] Otra estrategia para la administración de fármacos liposómicos es apuntar a los eventos de endocitosis . Los liposomas se pueden fabricar en un rango de tamaño particular que los convierta en objetivos viables para la fagocitosis natural de los macrófagos . Estos liposomas pueden digerirse mientras se encuentran en el fagosoma del macrófago , liberando así su fármaco. Los liposomas también pueden decorarse con opsoninas y ligandos para activar la endocitosis en otros tipos de células.
Con respecto a los liposomas sensibles al pH, existen tres mecanismos de administración de fármacos intracelularmente, que se produce mediante endocitosis. [26] Esto es posible debido al ambiente ácido dentro de los endosomas. [26] El primer mecanismo es a través de la desestabilización del liposoma dentro del endosoma, lo que desencadena la formación de poros en la membrana endosómica y permite la difusión del liposoma y su contenido hacia el citoplasma. [26] Otra es la liberación del contenido encapsulado dentro del endosoma, que finalmente se difunde hacia el citoplasma a través de la membrana endosómica. [26] Por último, la membrana del liposoma y el endosoma se fusionan, liberando el contenido encapsulado en el citoplasma y evitando la degradación a nivel lisosomal debido al mínimo tiempo de contacto. [26]
Ciertos medicamentos contra el cáncer, como la doxorrubicina (Doxil) y la daunorrubicina, se pueden administrar encapsulados en liposomas. El cisplatino liposomal ha recibido la designación de medicamento huérfano para el cáncer de páncreas de la EMEA. [27] Un estudio proporciona una demostración preclínica prometedora de la eficacia y facilidad de preparación de inmunoliposomas cargados con valrubicina (Val-IL) como una nueva tecnología de nanopartículas. En el contexto de los cánceres hematológicos, las Val-IL tienen el potencial de usarse como una terapia precisa y eficaz basada en la muerte celular dirigida mediada por vesículas. [28]
El uso de liposomas para la transformación o transfección de ADN en una célula huésped se conoce como lipofección .
Además de las aplicaciones de administración de genes y fármacos, los liposomas se pueden utilizar como vehículos para la administración de tintes a textiles, [29] pesticidas a plantas, enzimas y suplementos nutricionales a alimentos y cosméticos a la piel. [30]
Los liposomas también se utilizan como capas externas de algunos agentes de contraste de microburbujas utilizados en la ecografía con contraste .
Hasta hace poco, los usos clínicos de los liposomas eran para la administración dirigida de fármacos , pero se están desarrollando nuevas aplicaciones para la administración oral de ciertos suplementos dietéticos y nutricionales. [31] Esta nueva aplicación de los liposomas se debe en parte a las bajas tasas de absorción y biodisponibilidad de las tabletas y cápsulas dietéticas y nutricionales orales tradicionales. La baja biodisponibilidad oral y absorción de muchos nutrientes está clínicamente bien documentada. [32] Por lo tanto, la encapsulación natural de nutrientes lipófilos e hidrófilos dentro de los liposomas sería un método eficaz para evitar los elementos destructivos del sistema gástrico y el intestino delgado, permitiendo que el nutriente encapsulado se entregue eficientemente a las células y tejidos. [33]
El término nutracéutico combina las palabras nutriente y farmacéutico , acuñado originalmente por Stephen DeFelice, quien definió los nutracéuticos como “alimento o parte de un alimento que proporciona beneficios médicos o para la salud, incluida la prevención y/o el tratamiento de una enfermedad”. [34] Sin embargo, actualmente, todavía no existe una definición concluyente de nutracéuticos para distinguirlos de otras categorías derivadas de alimentos, como suplementos alimenticios (dietéticos), productos herbarios, prebióticos y probióticos, alimentos funcionales y alimentos enriquecidos. [35] Generalmente, este término se utiliza para describir cualquier producto derivado de fuentes alimentarias que se espera que proporcione beneficios para la salud además del valor nutricional de los alimentos diarios. Estos productos pueden contener una amplia gama de nutrientes u otras sustancias con efectos nutricionales o fisiológicos (Directiva UE 2002/46/CE), incluidas vitaminas , minerales , aminoácidos , ácidos grasos esenciales , fibras y diversas plantas y extractos de hierbas. Los nutracéuticos liposomales contienen compuestos bioactivos con efectos beneficiosos para la salud. La encapsulación de compuestos bioactivos en liposomas es atractiva ya que se ha demostrado que los liposomas pueden superar serios obstáculos que de otro modo encontrarían los bioactivos en el tracto gastrointestinal (GI) tras la ingesta oral. [36]
Ciertos factores tienen efectos de gran alcance sobre el porcentaje de liposomas que se obtienen en la fabricación, así como también sobre la cantidad real de atrapamiento de liposomas realizado y la calidad real y la estabilidad a largo plazo de los propios liposomas. [37] Son los siguientes: (1) El método de fabricación real y preparación de los propios liposomas; (2) La constitución, calidad y tipo de fosfolípido crudo utilizado en la formulación y fabricación de los liposomas; (3) La capacidad de crear tamaños de partículas de liposomas homogéneos que sean estables y mantengan su carga útil encapsulada. Estos son los elementos principales en el desarrollo de portadores de liposomas eficaces para su uso en suplementos dietéticos y nutricionales.
La elección del método de preparación de liposomas depende, entre otros, de los siguientes parámetros: [38] [39]
Los liposomas útiles rara vez se forman espontáneamente. Por lo general, se forman después de suministrar suficiente energía a una dispersión de (fosfo)lípidos en un disolvente polar, como el agua, para descomponer agregados multilaminares en vesículas bicapa oligo o unilaminares. [5] [24]
Por lo tanto, se pueden crear liposomas sonicando una dispersión de lípidos anfipáticos, como fosfolípidos , en agua. [8] Las bajas velocidades de cizallamiento crean liposomas multilamelares. Los agregados originales, que tienen muchas capas como una cebolla, forman liposomas progresivamente más pequeños y finalmente unilaminares (que a menudo son inestables debido a su pequeño tamaño y a los defectos creados por la sonicación). La sonicación generalmente se considera un método de preparación "tosco" ya que puede dañar la estructura del fármaco que se va a encapsular. Se emplean métodos más nuevos como la extrusión, la micromezcla [40] [41] [42] y el método Mozafari [43] para producir materiales para uso humano. El uso de lípidos distintos de la fosfatidilcolina puede facilitar enormemente la preparación de los liposomas. [5]
Otros avances en la investigación de los liposomas han permitido que los liposomas eviten la detección por parte del sistema inmunológico del cuerpo, específicamente, las células del sistema reticuloendotelial (RES). Estos liposomas se conocen como " liposomas furtivos ". Fueron propuestos por primera vez por G. Cevc y G. Blume [44] y, de forma independiente y poco después, los grupos de L. Huang y Vladimir Torchilin [45] y están construidos con PEG ( polietilenglicol ) tachonando el exterior de la membrana. El recubrimiento de PEG, que es inerte en el cuerpo, permite una vida circulatoria más prolongada del mecanismo de administración del fármaco. Los estudios también han demostrado que los liposomas PEGilados provocan anticuerpos anti-IgM, lo que conduce a una mayor eliminación de la sangre de los liposomas tras la reinyección, dependiendo de la dosis de lípidos y el intervalo de tiempo entre inyecciones. [46] [47] Además de un recubrimiento de PEG, algunos liposomas furtivos también tienen algún tipo de especie biológica unida como ligando al liposoma, para permitir la unión a través de una expresión específica en el sitio de administración del fármaco objetivo. Estos ligandos dirigidos podrían ser anticuerpos monoclonales (que producen un inmunoliposoma ), vitaminas o antígenos específicos , pero deben ser accesibles. [48] Los liposomas dirigidos pueden apuntar a cierto tipo de células en el cuerpo y administrar medicamentos que de otro modo se administrarían sistémicamente. Los fármacos naturalmente tóxicos pueden ser mucho menos tóxicos sistémicamente si se administran sólo en tejidos enfermos. También se pueden utilizar de esta manera los polimerosomas , relacionados morfológicamente con los liposomas. También relacionadas morfológicamente con los liposomas están las vesículas altamente deformables, diseñadas para la administración de material transdérmico no invasivo, conocidas como transfersomas . [49]
Los liposomas se utilizan como modelos para células artificiales.
Los liposomas se pueden utilizar solos o en combinación con antibióticos tradicionales como agentes neutralizantes de toxinas bacterianas. Muchas toxinas bacterianas evolucionaron para atacar lípidos específicos de la membrana de la célula huésped y pueden ser cebadas y neutralizadas por liposomas que contienen esos lípidos específicos. [50]
Un estudio publicado en mayo de 2018 también exploró el uso potencial de los liposomas como "nanoportadores" de nutrientes fertilizantes para tratar plantas desnutridas o enfermas. Los resultados mostraron que estas partículas sintéticas "empapan las hojas de las plantas más fácilmente que los nutrientes desnudos", lo que valida aún más la utilización de la nanotecnología para aumentar el rendimiento de los cultivos. [51] [52]
El aprendizaje automático ha comenzado a contribuir a la investigación de los liposomas. Por ejemplo, se utilizó el aprendizaje profundo para monitorear un bioensayo de varios pasos que contenía liposomas cargados de sacarosa y nucleótidos que interactúan con un péptido lipídico que perfora la membrana . [53] También se utilizaron redes neuronales artificiales para optimizar los parámetros de formulación de liposomas cargados con acetato de leuprolida [54] y para predecir el tamaño de partícula y el índice de polidispersidad de los liposomas. [55]
