لیپوزوم و نیوزوم

Structure of liposome, educational illustration

«لیپوزوم‌ها» (Liposome) ساختارهایی دو یا چند لایه هستند که از صفحات فسفولیپید‌ی محکم تشکیل شده‌اند. این ساختارها اولین بار در اواسط دهه ۱۹۶۰ معرفی شدند. این مولکول‌ها دارای دم آبگریز و ناحیه سر آب دوست هستند. هنگامی‌ که دو غشای منفرد به هم نزدیک می‌شوند، دم‌های آبگریز به یکدیگر جذب می‌شوند، در حالی که سر آب دوست هر دو غشا به سمت آب قرار می‌گیرند. این فرایند، لایه مضاعف یا دو تایی کروی از مولکول‌های فسفولیپید را تشکیل می‌دهد. این کره فسفولیپیدی می‌تواند محلول‌های آبی را درون خود نگه داشته و حمل کند. محلول‌ها را می‌توان در صورت لزوم با لیپوزوم‌ها انتقال داد.دو ساختار لیپیدی دیگر به نام «میسل» (Micelles) و «لیزوزوم» (Lysosome) وجود دارند که نباید با لیپوزوم اشتباه گرفته شوند. میسل یک ساختار کروی فسفولیپیدی است که برخلاف لیپوزوم از یک لایه منفرد تشکیل شده است.لیزوزوم نیز یکی از اندامک‌های تخصصی در سلول‌ها است که آنزیم‌های تجزیه کننده را از سایر بخش‌های سلول جدا کرده و در خود نگه می‌دارد. این اندامک بسیار شبیه به لیپوزوم است ولی در ساختمان فسفولیپیدی آن پروتئین‌هایی وجود دارند که به عملکرد آن به عنوان اندامک سلولی کمک می‌کنند.

طبقه‌بندی لیپوزوم‌ها

اندازه لیپوزوم‌ها می‌تواند خیلی کوچک در حدود ۰٫۰۲۵ تا خیلی بزرگ به اندازه ۲٫۵ میکرومتر باشد. به همین دلیل این ذرات در دامنه نانوتکنولوژی قرار می‌گیرند. همچنین لیپوزوم‌ها می‌توانند به صورت تک دیواره یا چند دیواره (از دو لایه‌های فسفولیپیدی) تشکیل شوند. اندازه لیپوزوم‌ها عاملی است که نیم عمر این ساختارها در سیستم گردشی بدن را تعیین می‌کند. به طور کلی، لیپوزوم‌ها براساس اندازه و لایه‌های فسفولیپیدی که دارند، تقسیم‌بندی می‌شوند:

Multi Lamellar Vesicles یا (MLV): لیپوزوم‌های چند دیواره با اندازه‌ای بیش از ۴۰۰ نانومتر

Large Unilamellar Vesicles یا (LUV): لیپوزوم‌های تک دیواره با اندازه‌ای در حدود ۱۰۰ – ۴۰۰ نانومتر

Small Unilamellar Vesicles یا (SUV): لیپوزوم‌های تک دیواره با اندازه‌ای در حدود ۲۵ – ۱۰۰ نانومتر

لیپوزوم‌ها براساس ماهیت و ترکیبات تشکیل دهنده‌شان نیز در سه دسته مختلف قرار می‌گیرند:

لیپوزوم‌های پنهانی (Stealth Liposome): این لیپوزوم‌ها به دلیل گیرنده‌های سطحی که دارند، می‌توانند از فاگوسیتوز شدن توسط سلول‌های سیستم ایمنی در امان بمانند و مدت زمان بیشتری را در بدن ماندگار باشند. از این لیپوزوم‌ها برای داروهایی که نیاز به رهایش طولانی مدت در بدن دارند، استفاده می‌شود. گیرنده‌های سطحی که برای این لیپوزوم‌ها استفاده می‌شود معمولا «پلی اتلین گلیکول» (PEG) است.

لیپوزوم‌های متداول (Conventional Liposome): از پرکاربردترین لیپوزوم‌ها به شمار می‌آیند. این گروه به دلیل میزان فسفولیپیدها و کلسترول‌هایی که دارند، دارای بار منفی هستند و برای دارورسانی به بافت‌های مختلف به کار می‌روند.

لیپوزوم‌های هدفمند (Targeted Liposome): لیپوزوم‌های هدفمند می‌توانند به طور اختصاصی داروها را به بافت یا سلول خاصی منتقل کنند. بر سطح این لیپوزوم‌ها، آنتی‌بادی‌هایی تعبیه می‌شود تا بتوانند در مواجه با سلول مورد نظر، آن را شناسایی کنند.

لیپوزوم‌های کاتیونی (Cationic Liposome): این گروه از لیپوزوم‌ها به دلیل داشتن برخی از کاتیون‌ها در سطح خود دارای بار مثبت هستند و بیشتر در ژن درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربردهای لیپوزوم

لیپوزوم‌ها ویژگی‌های مفیدی دارند که اهمیت آن‌ها را برای کاربرد در بسیاری از زمینه‌های علوم سلولی، پزشکی و سلامت دو چندان کرده است. در این مطلب به بررسی برخی از کاربردهای لیپوزوم‌ها در زمینه‌های مختلف می‌پردازیم.

مطالعات سلولی

لیپوزوم‌ها به عنوان مدلی برای غشای سلولی و اندامک‌های آن، در مطالعات سلولی به کار می‌روند. با قرار دادن پروتئین‌های مختلف در ساختار این دو لایه‌های لیپیدی، دانشمندان می‌توانند عملکرد پروتئین‌های خارجی و داخلی غشای سلولی را شناسایی کنند. لیپوزوم‌ها در پیشبرد «نظریه سلولی مدرن» (Modern Cell Theory) نقش بسزایی داشته‌اند.محققان با مطالعه ساختارهای غیر زنده و قابل مشاهده لیپوزوم‌ها، توانستند روش‌های سلولی مورد استفاده برای انتقال و حمل و نقل ترکیبات مختلف شیمیایی را پیش‌بینی و شناسایی کنند.فعالیت‌ها و عملکردهای شبکه آندوپلاسمی‌ و دستگاه گلژی، در بسته‌بندی و پردازش محصولات سلولی، به طور مستقیم با نحوه عملکرد لیپوزوم‌ها ارتباط دارد.سلول‌ها به سادگی پروتئین‌های مختلفی را به سطح اندامک‌های خود اضافه می‌کنند تا برهمکنش اندامک‌های مختلف را هدایت و کنترل کنند. به طوری که عملکرد پروتئین‌ها بر اندامک‌ها می‌توانند در لیپوزوم‌ها به صورت آزمایشگاهی ایجاد شده و مورد مطالعه قرار بگیرند.

محصولات آرایشی و بهداشتی

در چند سال اخیر، لیپوزوم‌ها به سیستم‌های تحویل مواد فعال در محصولات آرایشی تبدیل شده‌اند. لیپوزوم‌ها باعث تسهیل عبور ماده فعال محصولات آرایشی به درون اپیدرم می‌شوند. لیپوزوم‌ها نه تنها ابزاری برای انتقال مواد فعال آرایشی به لایه‌های درونی پوست هستند، بلکه باعث افزایش پایداری آن‌ها در پوست و افزایش رطوبت پوستی توسط چسبندگی سطحی نیز می‌شوند. لیپوزوم‌ها از سلول‌های پوستی در برابر عوامل آسیب‌زای خارجی مانند نور خورشید محافظت می‌کنند و به همین دلیل در بسیاری از کرم‌های ضد آفتاب از تکنولوژی لیپوزوم استفاده می‌شود. کاربرد لیپوزوم‌ها برای انتقال ترکیبات موثر آرایشی و بهداشتی در محصولات مختلف مانند کرم‌ها، لوسیون‌ها و شامپوها انقلابی در صنعت تولید محصولات آرایشی و بهداشتی به شمار می‌آید.

صنایع غذایی

استفاده ذراتی در محدوده اندازه نانو در تولیدات صنایع غذایی را نانوتکنولوژی غذایی می‌نامند. در این تکنولوژی از نانوسامانه‌هایی برای انتقال مواد موثره و عوامل ضد میکروبی به محصولات غذایی استفاده می‌شود. یکی از این نانوسامانه‌ها، نانولیپوزوم‌ها به شمار می‌آیند. در صنایع غذایی برای افزایش ماندگاری و کاهش فساد مواد غذایی از نانولیپوزوم‌هایی حاوی عوامل ضد میکروبی یا ضد قارچی در محصولات غذایی استفاده می‌شود. همچنین نانولیپوزوم‌ها برای کپسوله کردن برخی طعم‌دهنده‌ها و آنزیم‌ها با هدف رهایش تدریجی ‌آن‌ها در محصولات غذایی نیز به کار می‌روند.

روش‌های درمانی

لیپوزوم‌ها در زمینه‌های مختلف پزشکی از جمله دارو‌سانی، به خصوص رساندن دارو‌های سمی و خطرناک به اهداف مشخص بسیار اهمیت دارند. لیپوزوم‌هایی که در بدن انسان برای انتقال دارو و سایر کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند برای ورود به بدن و حرکت در آن باید در ابعاد نانومتری باشند به همین دلیل به لیپوزوم‌های انتقال دهنده در بدن انسان «نانولیپوزوم» نیز می‌گویند.مطالعات پزشکی در این زمینه نشان داده است که لیپوزوم‌ها می‌توانند با افزایش کارایی دارو و کاهش سمیت برای بدن، داروهای ضد تومور را به سلولی‌های تومور منتقل کنند. در این جا به چند مورد از مزایای استفاده از لیپوزوم‌ها در کاربردهای دارویی و درمانی اشاره می‌کنیم:لیپوزوم‌ها باعث بهبود حلالیت داروهای چربی دوست و آمفی فیلیک (دارای دو سر آب دوست و آبگریز) می‌شوند.افزایش پایداری دارو با قرارگیری در فضای لیپوزوم اتفاق می‌افتد.لیپوزوم‌ها غیرسمی، انعطاف‌پذیر، زیست سازگار و زیست تخریب‌پذیر هستند.لیپوزوم‌ها به دلیل کپسوله کردن دارو درون خود، باعث کاهش سمیت دارویی در بدن می‌شوند.لیپوزوم‌ها باعث کاهش روبرویی بافت‌های حساس با داروهای سمی می‌شوند.لیپوزوم‌ها عوارض جانبی دارو را کاهش می‌دهند.انعطاف‌پذیری برای جفت شدن با گیرنده‌های اختصاصی جهت رسیدن به سلول‌های هدف نیز از ویژگی‌های لیپوزوم‌ها است.

درمان‌های ضد سرطان

همان طور که گفته شد، لیپوزوم‌ها در روش‌های دارو رسانی نوین نیز می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. به عنوان مثال، برخی از داروهای سرطانی که برای سلول‌های سالم بدن خطرناک هستند، در لیپوزوم‌ها بسته‌بندی شده و به طور اختصاصی به سلول‌های سرطانی تحویل داده می‌شوند.عملکرد این گونه لیپوزوم‌ها تئوری ساده‌ای دارد. بر سطح لیپوزوم‌هایی که برای اهداف دارو رسانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، پروتئين‌هایی تعبیه شده است که به پروتئين‌های گیرنده سطح سلول‌های سرطانی به طور کاملا اختصاصی متصل می‌شوند. بنابراین در صورت برخورد لیپوزوم با گیرنده سلول‌های سرطانی، آن‌ها را شناسایی کرده و از طریق پروتئین‌های سطحی خود به سلول‌های سرطانی اتصال می‌یابد و سپس می‌تواند محتویات خود را به این سلول‌ها انتقال دهد.یکی از داروهای ضد سرطانی که به این شکل مورد استفاده قرار گرفته است، داروی «آنتراسایکلین» (Anthracycline) است. این دارو به توقف رشد سریع و تقسیم سلول‌ها کمک می‌کند. با توجه به این که داروی آنتراسایکلین بر سلول‌های سرطانی و سالم بدن تاثیر می‌گذارد؛ برای ایجاد تاثیر این دارو تنها بر روی سلول‌های سرطانی، آنتراسایکلین به صورت هدفمند در لیپوزوم‌هایی قرار می‌گیرد که فقط دارو را در مواجه با سلول‌های سرطانی آزاد می‌کنند و به این ترتیب از اثرات جانبی دارو بر سلول‌های سالم جلوگیری می‌شود.

درمان عفونت‌های قارچی

لیپوزوم‌ها می‌توانند به عنوان حامل داروهایی مانند «آمفوتریسین بی» (Amphotericin B) مورد استفاده قرار گیرند. این دارو برای درمان عفونت‌های قارچی مورد استفاده قرار می‌گیرد. داروی آمفوتریسین B ویژگی‌های بسیار موثری برای از بین بردن عفونت‌های قارچی دارد اما کاربرد آن به دلیل سمیت‌هایی که برای سیستم عصبی ایجاد می‌کند، محدود شده است.استفاده از لیپوزوم برای حمل و کپسوله کردن این دارو کمک می‌کند تا دارو نتواند اثرات مخربی بر سیستم عصبی داشته باشد و خطر سمیت دارو را کاهش می‌دهد.علاوه بر این موارد، لیپوزوم‌ها معمولا سیستم‌های فاگوسیتی تک هسته‌ای را مورد حمله قرار می‌دهند. محل زندگی برخی از قارچ‌ها همین فاگوسیت‌ها هستند، بنابراین لیپوزوم‌ها گزینه مناسبی برای حمل داروهای ضد قارچی به شمار می‌آیند.

درمان عفونت‌های انگلی

لیپوزوم‌ها حامل‌های ایده آلی برای رهایش داروها هستند و امکان دارو رسانی هدفمند به منطقه مشخصی از بدن را پدید می‌آورند. به عنوان مثال، عفونت‌ انگلی ایجاد شده توسط یک ماکروفاژ مانند «لیشمانیا» (Leishmania)، در حالت عادی شرایط کشنده‌ و خطرناکی را برای بدن ایجاد می‌کند و دارویی که برای مقابله با این عفونت به کار می‌رود، ممکن است نتواند کارساز باشد، زیرا دوز سمی دارو برای سلول‌های سالم بیشتر از دوز موثر دارو برای عامل عفونت است.دارو رسانی با لیپوزوم یک راه حل مناسب برای این نوع از عفونت‌ها به شمار می‌آید. از آن جایی که لیپوزوم‌ها در حالت عادی ماکروفاژها را به عنوان هدف شناسایی می‌کنند، بنابراین در صورت حمل داروی ضد انگل، لیپوزوم‌ها قادر خواهند بود با کاهش سمیت و افزایش دوز (دوز موثر)، دارو را به هدف برسانند.با توجه به این که آنتی بیوتیک‌ها معمولا به صورت خوراکی مصرف می‌شوند، نیاز کمتری به استفاده از لیپوزوم‌ها برای این دسته از داروها وجود دارد. در حال حاضر کاربرد لیپوزوم‌ها تنها برای آنتی‌بیوتیک‌هایی است که به طور بالقوه برای بدن سمی محسوب می‌شوند. در درمان عفونت‌های باکتریایی آنتی‌ بیوتیک‌های خوراکی و تزریقی نسبت به لیپوزوم‌های حامل آنتی بیوتیک، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.با این وجود، برخی از آنتی بیوتیک‌ها برای کاهش سمیت در غالب لیپوزوم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله این داروها می‌توان به «ریباورین» (Ribavirin) و «آزیدوتیمیدین» (Azidothymidine) اشاره کرد.

ژن درمانی

تحقیقات در مورد سیستم‌های تحویل لیپوزوم در زمینه‌های مختلف از جمله ویتامین‌ها، مواد معدنی و حتی ژن درمانی در حال گسترش است. با استفاده از لیپوزوم‌های هدفمند، حتی DNA می‌تواند به بافت‌های خاص تحویل داده شود. اگر لیپوزوم حامل DNA ژن عملکردی باشد، با ورود آن به سلول، ژن می‌تواند توسط سلول رونویسی شده و پروتئینی را که برای آن رمزگذاری شده را تولید کند. با تولید پروتئین در سلول، عملکرد و ویژگی خاصی در آن بروز می‌کند. این فرآیند ممکن است به زودی برای کاهش بیماری‌های مختلف ژنتیکی مورد استفاده قرار گیرد.

صنایع دیگر در حال تولید لیپوزوم برای مصارف مختلف هستند. از آن جا که یک لیپوزوم در اصل یک سلول کوچک است، با گذشت زمان به صورت زیستی تجزیه پذیر بوده اما هنوز هم می‌تواند یک محلول آبی را به روشی محافظت شده حمل کند. دانشمندان در تلاشند تا از این ویژگی برای ایجاد لیپوزوم‌هایی استفاده کنند که می‌توانند کار‌های پیچیده‌ای را انجام دهند. برخی از این کاربرد‌ها شامل انتقال مواد مغذی به محصولات زراعی با استفاده از لیپوزوم‌ها به عنوان ماشین‌های کوچک است. اگر ساختارهای عملکردی مناسب، یا DNA و پروتئین‌های مربوطه در لیپوزوم قرار بگیرند، در اصل به یک سلول زنده کوچک تبدیل می‌شود که می‌تواند برای انجام اقدامات مختلف برنامه ریزی شود. ایجاد نسخه‌های تجاری این محصول هنوز میسر نیست اما تحقیقاتی در این زمینه در آزمایشگاه‌های مختلف در حال انجام است.

ساختارهای مشابه لیپوزوم

علاوه بر ساختارهای لیپوزومی، ساختارهای مشابه با آن برای حمل و انتقال داروها و سایر ترکیبات در صنایع حوزه سلامت و غذا تولید شده‌اند که در برخی موارد مزایایی نسبت به لیپوزوم‌ها دارند، از جمله این ساختارها می‌توان به «نیوزوم‌ها» (Niosome) و «فیتوزوم‌ها» (Phytosome) اشاره کرد. نیوزوم‌ها، وزیکول‌هایی ساخته شده از سورفکتانت‌های غیر یونی هستند که با هیدراتاسیون کلسترول به وجود می‌آیند. کلسترول در این ترکیبات باعث افزایش استحکام و سختی آن‌ها شده و از سویی دیگر وجود سورفکتانت‌های غیر یونی به نیوزوم‌ها بار الکتریکی می‌دهد و میزان بارگیری ترکیبات مختلف را در این ذرات افزایش می‌دهد.فیتوزوم‌ها همان طور که از نامشان پیدا است از ترکیبات گیاهی ساخته می‌شوند. فیتوزوم‌ها در واقع نانوحامل‌های از جنس لیپید هستند که از اتصال بین فسفولیپید و پلی‌فنول‌ها در حلال‌های آلی تولید می‌شوند.

در سال‌های اخیر، سیستم‌های وزیکولی تحویل دارو توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. نیوزوم‌ها یک سیستم تحویل دارویی مناسب، هدفمند و موثر با توانایی بارگیری هر دو داروی آب‌دوست و آب‌گریز هستند. سورفکتانت‌ها به‌عنوان اجزای ساختمانی نیوزوم‌ها نقش مهمی در شکل‌گیری و خواص این نانو‌ حامل‌ها دارند، بنابراین هرگونه پیشرفت در سنتز سورفکتانت‌های جدید که غیر سمی، کم‌هزینه، زیست‌ سازگار و زیست تخریب‌پذیر باشند، باعث افزایش راندمان نیوزوم‌ها خواهد شد .به‌طور خلاصه، نیوزم‌ها یک ابزار بسیار مؤثر برای تحویل دارو در درمان بیماری‌های متعدد هستند و دارای قابلیت بالاتری نسبت به درمان‌های دارویی معمولی می‌باشند. نیوزوم برای اولین بار در سال 1970 به‌عنوان یک فاکتور برای صنعت آرایشی معرفی شد و سپس برنامه‌های بالقوه برای تحویل دارو مورد بررسی قرار گرفت. نیوزوم‌ها یکی از برجسته‌ترین وزیکول‌ها در سیستم دارو‌رسانی هستند، که توجه زیادی را به جهت تحویل دارو به خود جلب کرده‌اند . این ساختارها وزیکول‌های یک یا چند لایه بر پایه سورفکتانت‌های غیر‌یونی‌اند، که به‌عنوان حامل داروهای چربی‌دوست و آب‌دوست استفاده می‌شوند . در بسیاری از موارد برای تهیه نیوزوم از کلسترول و مشتقات آن استفاده می‌شود . آن‌ها توسط خود تجمعی سورفکتانت‌های غیریونی در محیط آبی تشکیل می‌شوند و وزیکول‌های دو لایه‌ هم مرکز را تشکیل می‌دهندکه ساختاری شبیه لیپوزوم دارند.

بر اساس اندازه وزیکول‌ها، نیوزوم را می‌توان به سه گروه تقسیم کرد.