Un liposoma unilaminar es un liposoma esférico , una vesícula , unida por una única bicapa de un lípido anfifílico o una mezcla de dichos lípidos, que contiene una solución acuosa dentro de la cámara. Los liposomas unilaminares se utilizan para estudiar sistemas biológicos e imitar membranas celulares, y se clasifican en tres grupos según su tamaño: liposomas/vesículas unilaminares pequeños (SUV) que tienen un rango de tamaño de 20 a 100 nm, liposomas/vesículas unilaminares grandes ( LUV) con un rango de tamaño de 100 a 1000 nm y liposomas/vesículas unilaminares gigantes (GUV) con un rango de tamaño de 1 a 200 µm. [1] Los GUV se utilizan principalmente como modelos de membranas biológicas en trabajos de investigación. [2] Las células animales miden entre 10 y 30 µm y las células vegetales suelen medir 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 del espécimen que se estudia. [1] Además, el tamaño de las vesículas dicta la curvatura de su membrana , que es un factor importante en el estudio de las proteínas de fusión. Los SUV tienen una curvatura de membrana más alta y las vesículas con una curvatura de membrana alta pueden promover la fusión de la membrana más rápido que las vesículas con una curvatura de membrana más baja, como las GUV. [3]
La composición y características de la membrana celular varía en las 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 valvas 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 cuanto a carga, longitud y estado de saturación. La presencia de enlaces insaturados (dobles enlaces) en los lípidos, por ejemplo, crea una torsión 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 unilaminares deben elegirse cuidadosamente en función del tema del estudio.
Cada estructura de bicapa lipídica es comparable a la organización de los lípidos en fase laminar en las membranas biológicas , en general. Por el contrario, los liposomas multilaminares (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 unilaminares y los protocolos difieren según el tipo de vesículas unilaminares deseadas. Se pueden comprar diferentes lípidos ya sea disueltos en cloroformo o como lípidos liofilizados . En el caso de los lípidos liofilizados, pueden solubilizarse en cloroformo. Luego se mezclan los lípidos con una proporción molar deseada. Luego se evapora el cloroformo utilizando una suave corriente 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 desde varias horas hasta toda la noche. El siguiente paso es la rehidratación, donde los lípidos secos se resuspenden en el tampón deseado. Los lípidos se pueden agitar durante varios minutos para asegurar que todos los residuos de lípidos 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 pasa 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.
Hinchazón natural: en este método se pipetean lípidos solubles en cloroformo sobre un anillo de teflón. Se deja evaporar el cloroformo y luego se coloca el anillo al vacío durante varias horas. A continuación, se añade suavemente el tampón acuoso sobre el anillo de teflón y se deja que los lípidos se hinchen de forma natural para formar GUV durante la noche. La desventaja de este método es que se forma una gran cantidad de vesículas multilaminares y restos de lípidos.
Electroformación: en este método, los lípidos se colocan sobre un cubreobjetos conductor (óxido de indio y estaño o vidrio recubierto de ITO) o sobre alambres de Pt en lugar de un anillo de teflón y, después de aspirar, se coloca un tampón sobre los lípidos secos y se intercala usando un segundo conductor. vidrio de protección. 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 hinchazón asistida por gel (hinchazón asistida por agarosa o hinchazón asistida por PVA) para la formación de GUV en condiciones biológicamente más relevantes. [9]
Existe una variedad de métodos para encapsular reactivos biológicos dentro de GUV mediante el uso de interfaces agua-aceite como armazón para ensamblar capas de lípidos. Esto permite el uso de GUV como contenedores de membranas similares a células para la recreación (e investigación) in vitro de funciones biológicas. [10] Estos métodos de encapsulación incluyen métodos de microfluidos, 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 o animal, los MLV se absorben preferentemente en las células fagocíticas y, por lo tanto, los medicamentos pueden dirigirse a estas células. Para entrega general o global, se pueden utilizar SUV. Para aplicaciones tópicas en la piel, se pueden usar lípidos especializados como fosfolípidos y esfingolípidos para producir liposomas libres de medicamentos como humectantes y con medicamentos como para aplicaciones contra la radiación ultravioleta.
En la investigación biomédica, los liposomas unilaminares son extremadamente útiles para estudiar sistemas biológicos e imitar funciones celulares. [1] [10] Como el estudio de una célula viva es muy complicado, los liposomas unilaminares proporcionan una herramienta sencilla para estudiar los eventos de interacción de la membrana, como la fusión de la membrana , la localización de proteínas en la membrana plasmática, el estudio de los canales iónicos, etc.