Un liposoma unilamelar es un liposoma esférico , una vesícula , delimitada por una única bicapa de un lípido anfifílico o una mezcla de tales lípidos, que contiene una solución acuosa dentro de la cámara. Los liposomas unilamelares se utilizan para estudiar sistemas biológicos y para imitar las membranas celulares, y se clasifican en tres grupos según su tamaño: liposomas/vesículas unilamelares pequeños (SUV) que tienen un rango de tamaño de 20-100 nm, liposomas/vesículas unilamelares grandes (LUV) con un rango de tamaño de 100-1000 nm y liposomas/vesículas unilamelares gigantes (GUV) con un rango de tamaño de 1-200 μm. [1] Los GUV se utilizan principalmente como modelos de membranas biológicas en trabajos de investigación. [2] Las células animales tienen entre 10 y 30 μm y las células vegetales suelen tener entre 10 y 100 μm. Incluso los orgánulos celulares más pequeños, como las mitocondrias, suelen tener entre 1 y 2 μm. Por lo tanto, un modelo adecuado debe tener en cuenta el tamaño de la muestra que se está estudiando. [1] Además, el tamaño de las vesículas determina la curvatura de su membrana, lo que es un factor importante en el estudio de las proteínas de fusión. Las SUV tienen una mayor curvatura de membrana y las vesículas con una alta curvatura de membrana pueden promover la fusión de la membrana más rápido que las vesículas con una menor curvatura de membrana, como las GUV. [3]
La composición y las características de la membrana celular varían en diferentes células (células vegetales, células de mamíferos, células bacterianas, etc.). En una bicapa de membrana , a menudo la composición de los fosfolípidos es diferente entre las láminas internas y externas. La fosfatidilcolina, la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilserina, el fosfatidilinositol y la esfingomielina son algunos de los lípidos más comunes en la mayoría de las membranas celulares animales. Estos lípidos son muy diferentes en carga, longitud y estado de saturación. La presencia de enlaces insaturados (dobles enlaces) en los lípidos, por ejemplo, crea una torcedura en las cadenas de acilo que cambia aún más el empaquetamiento de los lípidos y da como resultado un empaquetamiento más suelto. [4] [5] Por lo tanto, la composición y los tamaños de los liposomas unilamelares deben elegirse cuidadosamente en función del tema del estudio.
Cada estructura de bicapa lipídica es comparable a la organización lipídica de la fase laminar en las membranas biológicas , en general. Por el contrario, los liposomas multilamelares (MLV) constan de muchas bicapas lipídicas anfifílicas concéntricas análogas a las capas de cebolla, y los MLV pueden tener tamaños variables de hasta varios micrómetros.
Existen varios métodos para preparar liposomas unilamelares y los protocolos difieren según el tipo de vesículas unilamelares deseadas. Se pueden comprar diferentes lípidos disueltos en cloroformo o como lípidos liofilizados . En el caso de los lípidos liofilizados, se pueden solubilizar en cloroformo. Luego, los lípidos se mezclan con una proporción molar deseada. Luego, el cloroformo se evapora utilizando una corriente suave de nitrógeno (para evitar el contacto con el oxígeno y la oxidación de los lípidos) a temperatura ambiente. Se puede utilizar un evaporador rotatorio para formar una capa homogénea de liposomas. Este paso elimina la mayor parte del cloroformo. Para eliminar los residuos de cloroformo atrapado, los lípidos se colocan al vacío durante varias horas o durante la noche. El siguiente paso es la rehidratación, donde los lípidos secos se resuspenden en el tampón deseado. Los lípidos se pueden agitar en un vórtex durante varios minutos para asegurar que todos los residuos lipídicos se resuspendan. Los SUV se pueden obtener mediante dos métodos. Ya sea por sonicación (por ejemplo, con pulsos de 1 segundo en ciclos de 3 Hz a una potencia de 150 W) o por extrusión. En el método de extrusión, la mezcla de lípidos se hace pasar a través de una membrana 10 o más veces. [6] [7] Dependiendo del tamaño de la membrana, se pueden obtener SUV o LUV. Mantener las vesículas bajo argón y alejadas del oxígeno y la luz puede prolongar su vida útil.
Hinchamiento natural: en este método, los lípidos solubles en cloroformo se pipetean sobre un anillo de teflón. Se deja que el cloroformo se evapore y luego el anillo se coloca al vacío durante varias horas. A continuación, se agrega suavemente el tampón acuoso sobre el anillo de teflón y se deja que los lípidos se hinchen naturalmente para formar vesículas GUV durante la noche. La desventaja de este método es que se forma una gran cantidad de vesículas multilamelares y restos lipídicos.
Electroformación: En este método, los lípidos se colocan sobre un vidrio de cubierta conductor (vidrio recubierto de óxido de indio y estaño o ITO) o sobre cables de platino en lugar de un anillo de teflón y, después de hacer el vacío, se coloca un tampón sobre los lípidos secos y se colocan en un segundo vidrio de cubierta conductor. A continuación, se aplica un campo eléctrico con cierta frecuencia y voltaje que promueve la formación de GUV. Para los lípidos poliinsaturados, esta técnica puede inducir un efecto de oxidación significativo en las vesículas. [8] Sin embargo, es una técnica muy común y confiable para generar GUV. Existen enfoques modificados que emplean hinchamiento asistido por gel (hinchamiento asistido por agarosa o hinchamiento asistido por PVA) para la formación de GUV en condiciones biológicamente más relevantes. [9]
Existen diversos métodos para encapsular reactivos biológicos dentro de vesículas volumétricas volumétricas utilizando interfaces de agua y aceite como andamiaje para ensamblar capas lipídicas. Esto permite el uso de vesículas volumétricas volumétricas como contenedores de membrana similares a células para la recreación (e investigación) in vitro de funciones biológicas. [10] Estos métodos de encapsulación incluyen métodos microfluídicos, que permiten una producción de alto rendimiento de vesículas con tamaños consistentes. [11]
Los liposomas de fosfolípidos se utilizan como sistemas de administración de fármacos dirigidos. [12] Los fármacos hidrófilos se pueden transportar como solución dentro de los SUV o MLV y los fármacos hidrófobos se pueden incorporar a la bicapa lipídica de estos liposomas. Si se inyectan en la circulación del cuerpo humano/animal, los MLV son absorbidos preferentemente por las células fagocíticas y, por lo tanto, los fármacos se pueden dirigir a estas células. Para la administración general o global, se pueden utilizar SUV. Para aplicaciones tópicas en la piel, se pueden utilizar lípidos especializados como fosfolípidos y esfingolípidos para hacer liposomas sin fármacos como humectantes y con fármacos como para aplicaciones contra la radiación ultravioleta.
En la investigación biomédica, los liposomas unilamelares son extremadamente útiles para estudiar sistemas biológicos e imitar funciones celulares. [1] [10] Como una célula viva es muy complicada de estudiar, los liposomas unilamelares proporcionan una herramienta sencilla para estudiar eventos de interacción de membrana como la fusión de membranas , la localización de proteínas en la membrana plasmática, estudiar canales iónicos, etc.