Мембранные системы камуфляжа: липосомы, наносомы, микроинкапсулирование
В косметике в последнее время появился термин «супермолекула» (или мембранно-миметическая система), которая по своей структуре напоминает клеточную мембрану.
Клеточная мембрана характеризуется «двухслойной» системой или комбинацией из двух слоев, которые образованы из фосфолипидов. Двойной слой, в случае клетки, образуется из цитоплазмы.
Липосомальные технологии в медицине, дерматологии и косметологии открыл
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. 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.
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.
Рассмотрим, что такое биологическая мембрана и из чего она состоит:
БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
Все живые клетки отделены от окружающей среды поверхностью называемой клеточной мембраной. Кроме того, для эукариотов характерно образование внутри клеток нескольких компартментов. Они представлены рядом субклеточных органелл, ограниченных мембран, например, ядро и митохондрии. Мембраны представляют собой не только статически организованные поверхности раздела, но и включают активные биохимические системы, отвечающие за такие процессы, как избирательный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, протекание ферментативных реакций, передача импульсов нервной системы и т.д. Существуют различные типы мембран, отличающиеся по выполняемым функциям. Функции мембран обусловлены их строением.
Функции мембран и химический состав:
Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых варьируется (от 1/5 — белок + 4/5 — липиды до 3/4 — белок + 1/4 v липиды) у разных мембран. Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5—10% вещества мембраны.
Липиды мембран:
Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином.
Строение липидов мембран:
Липиды мембран имеют в структуре две различные части: неполярный гидрофобный «хвост» и полярную гидрофильную «голову». Такую двойственную природу соединений называют амфифильной. Липиды мембран образуют двухслойную структуру. Каждый слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные «хвосты» молекул находятся в тесном контакте друг с другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия имеют нековалентный характер. Два монослоя ориентируются «хвост к хвосту» так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю неполярную часть и две полярные поверхности. Белки мембран включены в липидный двойной слой двумя способами:
- Связаны с гидрофильной поверхностью липидного бислоя — поверхностные мембранные белки.
- Вогружены в гидрофобную область бислоя — интегральные мембранные белки.
Поверхностные белки своими гидрофильными радикалами аминокислот связаны нековалентными связями с гидрофильными группами липидного бислоя. Интегральные белки различаются по степени погруженности в гидрофобную часть бислоя. Они могут располагаться по обеим сторонам мембраны и либо частично погружаются в мембрану, либо прошивают мембрану насквозь. Погруженная часть интегральных белков содержит большое количество аминокислот с гидрофобными радикалами, которые обеспечивают гидрофобное взаимодействие с липидами мембран. Гидрофобные взаимодействия поддерживают определенную ориентацию белков в мембране. Гидрофильная -выступающая часть белка не может переместиться в гидрофобный слой. Часть мембранных белков ковалентно связаны с моносахаридными остатками или олигосахаридными цепями и представляют собой гликопротеины.
Структура плазматической мембраны:
Асимметрия мембран
Хотя каждый монослой образован из липидов, ориентированных одинаковым образом, тем не менее, липидный состав монослоев различен. Например, в плазматической мембране эритроцитов фосфатидилхолины преобладают в наружном слое, а фосфатидилсерины во внутреннем слое мембраны. Углеводные части белков и липидов располагаются на наружной части мембраны. Кроме того, поверхности мембраны отличаются по составу белков. Степень такой асимметрии мембран различна у разных типов мембран и может меняться в процессе жизнедеятельности клетки и ее старения. Подвижность (жесткость) и текучесть мембран также зависят от ее состава. Повышенная жесткость обуславливается увеличением соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а также холестерина. Физические свойства мембран зависят от расположения белков в липидном слое. Липиды мембран способны к диффузии в пределах слоя параллельно поверхности мембраны (латеральная диффузия). Белки тоже способны к латеральной диффузии. Поперечная диффузия в мембранах сильно ограничена.
С момента открытия везикул и доказательства их инкорпорирующей и стабилизирующей способности в отношении многих веществ, в том числе и лекарственных, прошло более 40 лет.
И вот, 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, а в дальнейшем их стали применять и в косметологии.
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, косметологии. 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.
