معلومة

1.2 ب: صنع الشفتين في المختبر - علم الأحياء

1.2 ب: صنع الشفتين في المختبر - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نظرًا لأن الفسفوليبيدات ستشكل تلقائيًا نوعًا من بنية الطبقة الثنائية عند وضعها في الماء ، فإن معظم الجهود المبذولة في إنتاج الجسيمات الشحمية تتضمن إنتاج حويصلات بالحجم المطلوب ، والبنية الصفائحية ، والخصائص الفيزيائية ، والتي يتم التحكم فيها كما ذكر سابقًا عن طريق حجم الجسيم الشحمي والتركيب الكيميائي. أيضًا ، يجب تطوير طرق لحبس الجزيء المطلوب داخل الحويصلة بأكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة ، وبأقل تسرب للمحتويات. تتضمن جميع طرق الإنتاج أربع خطوات:

  1. تجفيف الدهون العضوية المذابة بالمذيبات ؛
  2. تشتت الدهون في المحلول المائي المناسب ؛
  3. فصل الجسيمات الشحمية عن كواشف البدء الزائدة ؛ و
  4. توصيف الحويصلات للتركيب الكيميائي ، Tm ، النفاذية ، الحجم ، إلخ.

الخطوة الأولى: تجفيف الدهون

يتم إذابة الدهون المنقاة من التركيبة المرغوبة (غالبًا مرات PC PC: الكوليسترول: PS في النسب المولية 0.9: 1.0: 0.1) في خليط مذيب عضوي منقى وخالي من الماء (غالبًا كلوروفورم / ميثانول ، 2: 1 ت / ت) وتجفيفها في دورق دائري على مبخر دوار تحت ضغط منخفض (باستخدام شفاط ماء) ودرجة حرارة مرتفعة قليلاً (20-40 درجة مئوية). سيضمن الدوران السريع للقارورة أن الدهن مشتت على مساحة كبيرة ، وسيزيد من معدل التبخر. لإزالة آخر آثار للمذيب ، توضع القارورة المجففة عادة تحت فراغ عالي طوال الليل. إذا تم استخدام حجم صغير (أقل من 1 مل) من المحلول الدهني ، فيمكن تبخير المذيب تحت تيار من النيتروجين. لتجنب انحباس الكلوروفورم المتبقي في الفيلم الدهني ، يتم إذابة الفيلم في t-butyl-methylether diethyl ether ، وتجفيفه عدة مرات. وبدلاً من ذلك ، يمكن إزالة المذيب المتبقي تحت ضغط عالي من التفريغ.

الخطوة 2: تشتت الدهون في المحلول المائي المناسب

هناك ثلاث طرق رئيسية لتشتيت الدهون في محلول مائي لتشكيل الجسيمات الشحمية.

  1. التشتت الميكانيكي - في هذه الطريقة ، يتم ترطيب الدهون المجففة على السطح الزجاجي الداخلي للحاوية بمحلول مائي ، والذي يقوم حرفياً بإزالة الدهون لتكوين حويصلات متعددة الطبقات - MLV - (طبقات ثنائية متعددة مفصولة بالماء). يتم تغليف جزء صغير فقط من المحلول المائي داخل الجسيم الشحمي ، لذا فهذه ليست الطريقة المفضلة لتغليف المواد المذابة باهظة الثمن أو غير القابلة للذوبان إلى حد ما. اعتمادًا على درجة التحريض وطبيعة الدهون المستخدمة ، يمكن تحضير الجسيمات الشحمية المختلفة الحجم. يمكن معالجة هذه الجسيمات الشحمية متعددة الطبقات بشكل إضافي لتشكيل الجسيمات الشحمية أحادية الصفيحة من خلال عدة تقنيات. وتشمل هذه مسبار أو صوتنة الحمام من MLV ، والبثق عند الضغط العالي من MLV من خلال مرشحات غشائية ذات حجم مسام محدد ، أو الحويصلات التي يسببها الرقم الهيدروجيني حيث يؤدي التغيير العابر في الرقم الهيدروجيني إلى زعزعة استقرار MLV لصالح الجسيمات الشحمية أحادية الطبقة. تتضمن تقنية أخرى اندماج سيارات الدفع الرباعي عن طريق التجميد المتكرر والذوبان أو عن طريق اندماج سيارات الدفع الرباعي المحتوية على الفوسفوليبيدات الحمضية (مثل PS) من خلال Ca2 + التجميع الوسيط.
  2. تشتت المذيبات العضوية - في هذه الطرق ، يتم حقن الدهون ، التي تذوب في مذيبات عضوية ، من خلال إبرة دقيقة ، بمعدل بطيء ، في محلول مائي يمكن أن يكون فيه المذيب العضوي امتزاج (مثل الإيثانول) أو غير قابل للأمتزاج (مثل الأثير). في كل حالة ، تتجه الدهون عند السطح البيني بين المذيب العضوي والمحلول المائي ، لتشكيل هياكل ثنائية الطبقة. يوفر حقن الدهون المذابة بالإيثانول طريقة بسيطة لإنتاج سيارات الدفع الرباعي ، ولكن نظرًا لأن تكوين الجسيمات الشحمية لا يمكن أن يحدث عند تركيز إيثانول أكبر من 7.5٪ ، يمكن فقط حبس جزء صغير من الطور المائي الكلي في الحويصلة ؛ ومن ثم فإن هذه التقنية ليست فعالة من حيث التكلفة لحبس مادة مذابة باهظة الثمن. بدلاً من ذلك ، يمكن إذابة الدهن في الأثير وحقنه ببطء في محلول مائي يتم تدفئته بحيث يتبخر الأثير بالمعدل الذي يُحقن به. نظرًا لتطاير الأثير ، يمكن إدخال كميات كبيرة من الدهون وتكون كفاءة تغليف المحلول المائي عالية.
  3. تشتت المنظفات والذوبان - في هذه الطريقة يتم إذابة الدهون في محلول مائي من خلال إضافة المنظفات. تتم إزالة المنظفات ببطء من المحلول ، مما يؤدي إلى التكوين التلقائي للجسيمات الشحمية. المنظفات عبارة عن برمائيات أحادية السلسلة تشكل تلقائيًا مذيلات في محلول مائي عندما يرتفع تركيز الدهن الحر إلى أدنى قيمة حرجة ، وهو تركيز الميلي الحرج (CMC) ؛ عند هذا التركيز ، يؤدي الارتباط الذاتي للمنظف إلى تكوين ركام مستقر ، الميلي. هذا موضح في الشكل أدناه ، جنبًا إلى جنب مع CMC للعديد من المنظفات المختلفة.

تركيز ميكل الحرج

اسم

مم

ملغ / مل

ميغاواط

ن- فارغة جلوكوبيرانوسيد7019.5278
ن-أوكتيل جلوكوبيرانوسيد23.26.8292
ن-نونيل جلوكوبيرانوسيد6.52.0306
n- ديسيل مالتوسيد2.191.1499
ن دوديسيل مالتوتريوزيد0.20.16825
تريتون X-100 (أ)0.240.15625
Nonidet P-40 (b)0.290.02603
توين 20 (ج)0.0330.041364
برج 98 (د)0.0250.041527
ديوكسيكولات الصوديوم2-61.7415
توروكولات الصوديوم10-156.7538
كولات الصوديوم146.0431
الصوديوم دوديسيل كبريتات8.32.4289

بيانات الدهون من Avanti Polar Lipids

في هذا الإجراء ، يتم ترسيب الدهون في وعاء صغير. ثم يضاف محلول مائي يحتوي على جزيئات قابلة للذوبان في الماء للتغليف. ثم يضاف المنظف بتركيز يزيد عن تركيز الدهون وأكبر من CMC الخاص به. ثم يتم "استحلاب" جزيئات الدهون في ميسيل المنظف. يتم بعد ذلك وضع الخليط المذاب في كيس غسيل كلوي شبه قابل للنفاذ ، والذي يوضع في حجم كبير من محلول مائي. المنظف الحر في المحلول في حالة توازن مع المنظفات الموجودة في الميسيل. تحتوي الكيس على ثقوب مجهرية كبيرة بما يكفي لتمرير جزيء المنظف الأحادي ، ولكنها صغيرة بما يكفي بحيث لا تستطيع الميسيل الكبيرة ذلك. خلال هذه العملية ، يتم دمج الدهن في المذيلة مكونًا مذيلا مختلطًا من المنظفات والدهون. مع استمرار غسيل الكلى ، يتم تقسيم المنظف الأحادي في كل من الحجم الموجود في الكيس والحجم المحيط بالكيس ، بينما تظل الميسيل المختلطة في الكيس. إذا تم تغيير المحلول المائي المحيط بالكيس عدة مرات بمحلول جديد ، فإن التوازن في الكيس ينتقل إلى الشكل الأحادي. بدلاً من ذلك ، يمكن وضع حبيبات امتصاص المنظفات (مثل Bio Bead SM-2 من Bio-Rad) في المحلول المائي المحيط بالكيس لتسريع عملية إعادة ضبط المنظف. في نهاية المطاف ، كل المنظفات في هذا الشكل ، وأثناء العملية ، التي تحدث ببطء ، يرتبط الدهن في الميكيل المختلط ذاتيًا بتكوين جسيم شحمي. من المستحسن استخدام منظف ذو وزن جزيئي منخفض المونومر ونسبة عالية من CMC لهذه الطريقة في إنتاج الجسيمات الشحمية. طريقة أخرى لإزالة المنظفات الحرة هي من خلال ترشيح الهلام اللوني. في هذه التقنية ، يمكن فصل جزيئات الأوزان الجزيئية المتباينة عن بعضها البعض. شرح يتبع هذه المناقشة. هذه الطريقة لتكوين الجسيمات الشحمية أحادية الطبقة هي الطريقة المفضلة إذا كان سيتم إدخال بروتينات الغشاء في الطبقة الثنائية الجسيمية بغرض استهداف الجسيم الشحمي. ومع ذلك ، فهي ليست أفضل طريقة للتغليف الكمي للجزيئات القابلة للذوبان باهظة الثمن.

ملخص: تحضير LUV's

  • تحضير الجسيمات الشحمية من Avanti

الخطوة 3: فصل الجسيمات الشحمية عن الكواشف البادئة الزائدة

بمجرد تكوين الجسيمات الشحمية ، يجب فصلها عن الدهون الأحادية الحرة والمنظفات والمذابات غير المغلفة. يمكن القيام بذلك مرة أخرى عن طريق غسيل الكلى ، أو بشكل أكثر سهولة عن طريق كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي. يمكن فصل الجزيئات الكبيرة ذات الأحجام المختلفة على عمود تكون فيه المرحلة الثابتة عبارة عن بلمرة agarose أو حبة أكريلاميد ، والتي تحتوي على مسام بأحجام مختلفة. قد يدخل جزيء صغير (مثل المنظف الأحادي ، أو الدهون الحرة ، أو المذاب المائي الصغير) في الطور المتحرك (محلول مائي مؤقت) إلى المسام في الخرزة ، في حين أن جزيء كبير أو مجمع أكبر (مثل بروتين كبير ، مذيلة ، أو الجسيم الشحمي) ، بسبب قيود الحجم. والنتيجة هي أن جزءًا أكبر من الحجم الكلي للعمود متاح للجزيئات الأصغر ، والتي تقضي وقتًا أطول في العمود ويتم التخلص منها بواسطة المذيب المتنقل بعد الأنواع الأكبر. سوف ندرس نظرية كروماتوغرافيا الهلام في تجربة مستقبلية.

  • الرسوم المتحركة لكروماتوغرافيا الترشيح الهلامي من Voet2

الخطوة 4: توصيف الحويصلات

يمكن تمييز الجسيمات الشحمية كيميائيًا ، لتحديد متوسط ​​تكوين الدهون والبروتين للطبقة الثنائية ، وفيزيائيًا ، لتحديد الحجم والنفاذية والصفائح وكمية المادة المغلفة. عادة ما يتم تحديد الحجم عن طريق المجهر الإلكتروني أو بشكل غير مباشر عن طريق تشتت الضوء من هذه الأنواع الكبيرة. في هذا المعمل ، بدلاً من وصف التركيب الدهني للجسيم الشحمي ، والذي تعرف أنه يتكون فقط من أجهزة الكمبيوتر ، ستقوم بإجراء كروماتوغرافيا طبقة رقيقة على سلسلة من الدهون الفوسفورية. ستحدد أيضًا ما إذا كنت قد قمت بتغليف مادة مذابة في الجسيم الشحمي.


طريقة بسيطة لصنع الخلايا الجذعية في نصف ساعة اعتبرت اكتشافا كبيرا

طور علماء في اليابان طريقة جذرية وسهلة بشكل ملحوظ لصنع خلايا يمكن أن تنمو إلى أي نسيج في الجسم.

تم الترحيب بهذا الإنجاز باعتباره اكتشافًا رئيسيًا من قبل الباحثين المطلعين على العمل ، وإذا كان من الممكن تكراره في الأنسجة البشرية ، فقد يؤدي إلى إجراءات رخيصة وبسيطة لصنع خلايا جذعية متطابقة مع المريض يمكنها إصلاح الأعضاء التالفة أو المريضة.

في سلسلة من التجارب الأنيقة ، أظهر الباحثون أن الخلايا المأخوذة من الحيوانات يمكن تحويلها إلى خلايا رئيسية قوية بالكامل ببساطة عن طريق غمرها في محلول حمضي معتدل لمدة نصف ساعة.

لإثبات إمكانات الخلايا ، قام العلماء بحقنها في أجنة الفئران وأظهروا أنها نمت لتصبح أنسجة وأعضاء في جميع أنحاء أجسام الحيوانات.

أخبرت هاروكو أوبوكاتا ، في مختبر Riken في كوبي باليابان ، صحيفة الغارديان أن فريقها قد صنع عدة عشرات من الفئران التي نمت أنسجة من الخلايا ، وتابعت صحتها لمدة عام إلى عامين. وقالت: "حتى الآن يبدو أنهم يتمتعون بصحة جيدة ، وخصوبة ، وطبيعية".

لقد أذهل هذا الاكتشاف العديد من الباحثين لأن المحاولات السابقة لإنتاج الخلايا الجذعية كانت محفوفة بالصعوبات. أحد الطرق هو الاستنساخ ، وهو أمر مثير للجدل لأنه يتضمن تكوين الأجنة وتدميرها. طريقة أحدث ، تسمى تعدد القدرات المستحثة ، تستخدم التلاعب الجيني لتحويل الخلايا البالغة إلى حالة أكثر مرونة وغير ناضجة.

قال دوسكو إيليك ، عالم الخلايا الجذعية في كينجز كوليدج لندن ، إن العمل ، الذي نُشر في ورقتين في مجلة نيتشر ، كان "اكتشافًا علميًا كبيرًا سيفتح حقبة جديدة في بيولوجيا الخلايا الجذعية".

شاركه في الحماس كريس ماسون ، خبير الخلايا الجذعية في يونيفرسيتي كوليدج لندن. وقال: "إذا نجح في الإنسان ، فقد يكون هذا هو مغير اللعبة الذي يجعل في النهاية مجموعة واسعة من العلاجات الخلوية متاحة باستخدام خلايا المريض كمادة أولية".

بدأ Obokata العمل على الإجراء منذ خمس سنوات أثناء عمله في كلية الطب بجامعة هارفارد. خطرت لها الفكرة بعد أن لاحظت بالصدفة أن الخلايا التي تم ضغطها عبر أنبوب رفيع تقلصت إلى حجم الخلايا الجذعية. وذهبت لتلقي نظرة عن كثب على تأثيرات الأنواع المختلفة من الإجهاد - من الحرارة والجوع والظروف الحمضية - على الخلايا.

بعد سنوات من إتقان التجارب ، أظهرت أوبوكاتا أنها تستطيع تحويل خلايا الدم البيضاء المأخوذة من الفئران حديثي الولادة إلى خلايا تتصرف مثل الخلايا الجذعية إلى حد كبير. وواصلت عملها مع المخ والجلد والعضلات ونخاع العظام والرئة وخلايا الكبد. وقالت: "كان من المدهش للغاية أن نرى أن مثل هذا التحول الملحوظ يمكن أن يحدث ببساطة من خلال محفزات من الخارج".

واجهت Obokata صعوبة في إقناع علماء آخرين ، ورفضت ورقتها البحثية عدة مرات. أكملت في النهاية ما يكفي من الفحوصات المتقاطعة لإقناع الباحثين بأن النتائج حقيقية.

يسمي أوبوكاتا الإجراء "اكتساب القدرة المحفزة على تعدد القدرات" ، والخلايا الناتجة عن الخلايا الجذعية. يعمل الغمر في محلول حمضي معتدل بدرجة حموضة 5.5 بشكل أفضل. كان لعصر الخلايا تأثير مماثل ولكنه كان أقل كفاءة.

قال المؤلف الرئيسي للدراسات تشارلز فاكانتي Charles Vacanti من كلية الطب في هافارد Nature: "إن إنتاج هذه الخلايا هو في الأساس طريقة الطبيعة الأم للاستجابة للإصابة".

قال أوستن سميث ، مدير معهد ويلكوم ترست / إم آر سي للخلايا الجذعية في جامعة كامبريدج ، إن العمل يبدو سليمًا ، لكن من غير الواضح ما إذا كان سيعمل على البشر ومع الأنسجة البالغة ، مثل خلايا الجلد المأخوذة من مريض.

إذا تمكن العلماء من جعل الإجراء يعمل مع الأشخاص ، فيمكنه التغلب بسرعة على العقبات التنظيمية التي أعاقت تطوير العلاجات القائمة على الخلايا الجذعية المحفزة (iPS). العلاجات القائمة على الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات تخضع للفحص لأن الجينات تضاف إلى الخلايا لتحويلها إلى خلايا جذعية. ربما يلزم إزالة هذه الجينات قبل استخدامها بأمان في المرضى.

وقالت أوبوكاتا إن العمل جار لتكرار تجربتها على الأنسجة البشرية ، لكن لم تسفر عن نتائج بعد. أحد الأسئلة العديدة المتبقية هو لماذا لا تتحول الخلايا في الجسم باستمرار إلى خلايا جذعية عندما تتلامس مع الحمض ، أو مع حرقة في القلب ، أو عندما يشرب الناس عصير الفاكهة. يشتبه في أن القدرة على العودة إلى الخلايا الجذعية يتم حظرها عندما تكون الخلايا في الجسم.

وقال سميث إنه حتى لو أمكن إتقان الإجراء في البشر ، لا تزال هناك عقبات كبيرة قبل معالجة المرضى بخلايا Stap. أي أنسجة تنمو من خلايا الركاب يجب أن تثبت أنها آمنة في الجسم. سيتعين على العلماء إثبات عدم قدرتهم على التحول إلى أورام ، وإثبات أنهم يعملون مع الأنسجة السليمة للمرضى دون التسبب في مشاكل.

قال أوبوكاتا إن الإجراء الجديد قد يكون له استخدامات تتجاوز تجديد أجزاء الجسم التالفة ، ويسلط الضوء على الطريقة التي تجمع بها الخلايا التآكل والتلف خلال حياتنا. وقالت لصحيفة الغارديان: "من خلال دراسة الآلية ، قد نتمكن من معرفة المزيد حول كيفية حبس عمر الخلايا أيضًا".


إعادة النظر

مقدمة

الجسيمات الشحمية عبارة عن حويصلات صناعية صغيرة ذات شكل كروي يمكن تكوينها من الكوليسترول والدهون الفوسفورية الطبيعية غير السامة. نظرًا لحجمها وطابعها الكارهة للماء (إلى جانب التوافق الحيوي) ، فإن الجسيمات الشحمية هي أنظمة واعدة لتوصيل الدواء. تختلف خصائص الجسيمات الشحمية بشكل كبير مع تكوين الدهون وشحنة السطح والحجم وطريقة التحضير (الجدول 1). علاوة على ذلك ، يحدد اختيار مكونات الطبقة الثنائية "الصلابة" أو "السيولة" وشحنة الطبقة الثنائية. على سبيل المثال ، تعطي أنواع فوسفاتيديل كولين غير المشبعة من المصادر الطبيعية (بيض أو فول الصويا فوسفاتيديل كولين) طبقات ثنائية أكثر نفاذاً وأقل استقرارًا ، في حين أن الفسفوليبيدات المشبعة ذات سلاسل أسيل طويلة (على سبيل المثال ، ديبالميتويلفوس فاتيديل كولين) تشكل بنية ثنائية صلبة وغير منفذة إلى حد ما 3].

لقد تم عرض أن الفسفوليبيدات تشكل بشكل اندفاعي هياكل مغلقة عندما يتم ترطيبها في المحاليل المائية. يمكن لهذه الحويصلات التي تحتوي على واحد أو أكثر من الأغشية ثنائية الطبقة الفوسفورية أن تنقل الأدوية المائية أو الدهنية ، اعتمادًا على طبيعة تلك الأدوية. نظرًا لأن الدهون هي amphipathic (كلاهما كاره للماء ومحبة للماء) في الوسط المائي ، فإن خصائص الطور الديناميكي الحراري وخصائص التجميع الذاتي تؤثر على مصادرة أقسامها الكارهة للماء في طبقات ثنائية كروية. يشار إلى هذه الطبقات باسم lamellae [4]. بشكل عام ، الجسيمات الشحمية محددة كحويصلات كروية بأحجام جسيمية تتراوح من 30 نانومتر إلى عدة ميكرومتر. وهي تتكون من طبقة أو أكثر من طبقات الدهون الثنائية المحيطة بالوحدات المائية ، حيث يتم توجيه مجموعات الرأس القطبية في مسار المرحلتين المائية الداخلية والخارجية. من ناحية أخرى ، لا يقتصر التجميع الذاتي للدهون القطبية على الهياكل التقليدية ثنائية الطبقة التي تعتمد على الشكل الجزيئي ودرجة الحرارة والظروف البيئية والتجهيزية ، ولكنها قد تتجمع ذاتيًا في أنواع مختلفة من الجسيمات الغروانية [5].

تُستخدم الجسيمات الشحمية على نطاق واسع كناقلات للعديد من الجزيئات في صناعات مستحضرات التجميل والأدوية. بالإضافة إلى ذلك ، فقد درست الصناعات الغذائية والزراعة على نطاق واسع استخدام تغليف الجسيمات الشحمية لتنمية أنظمة التوصيل التي يمكن أن تحاصر المركبات غير المستقرة (على سبيل المثال ، مضادات الميكروبات ومضادات الأكسدة والنكهات والعناصر النشطة بيولوجيًا) وتحمي وظائفها. يمكن للجسيمات الشحمية أن تحبس كل من المركبات الكارهة للماء والماء ، وتجنب تحلل التوليفات المحبوسة ، وتحرر الشرك في الأهداف المحددة [6-8].

نظرًا لتوافقها الحيوي ، وقابليتها للتحلل البيولوجي ، والسمية المنخفضة ، والقدرة على اصطياد كل من الأدوية المحبة للماء والمحبة للدهون [9] وتبسيط توصيل الأدوية الخاصة بالموقع إلى أنسجة الورم [10] ، فقد زادت الجسيمات الشحمية من معدلها كنظام بحثي وتجاريًا كدواء -نظام التوصيل. تم إجراء العديد من الدراسات على الجسيمات الشحمية بهدف تقليل سمية الأدوية و / أو استهداف خلايا معينة [11-13].

تقنية تغليف الدهون (LET) هي أحدث تقنية توصيل يستخدمها المحققون الطبيون لنقل الأدوية التي تعمل كمحفزات علاجية إلى أعضاء الجسم المضمونة. استهدف هذا الشكل من اقتراح نظام التسليم تسليم التوليفات الحيوية للجسم. LET هي طريقة لتوليد رغوة تحت المجهرية تسمى الجسيمات الشحمية ، والتي تغلف العديد من المواد. تشكل هذه "الجسيمات الشحمية" حاجزًا حول محتوياتها ، وهو مقاوم للإنزيمات في الفم والمعدة ، والمحاليل القلوية ، والعصائر الهضمية ، والأملاح الصفراوية ، والنباتات المعوية التي تتولد في جسم الإنسان ، وكذلك الجذور الحرة. وبالتالي ، فإن محتويات الجسيمات الشحمية محمية من الأكسدة والتحلل. يظل الواقي أو الحاجز الفسفوري الواقي غير تالف حتى يتم تسليم محتويات الجسيم الشحمي إلى الغدة المستهدفة الدقيقة أو العضو أو النظام الذي سيتم استخدام المحتويات فيه [14].

يحتفظ الدواء السريري بمجموعة واسعة جدًا من جزيئات الدواء في هذا الوقت قيد الاستخدام ، ويتم إضافة أدوية جديدة إلى القائمة كل عام. أحد الأهداف الرئيسية لأي علاج يستخدم دواء هو زيادة المؤشر العلاجي للدواء مع تقليل آثاره الجانبية. تقتصر الفائدة السريرية لمعظم العلاجات الكيميائية المحافظة إما على عدم القدرة على إيصال تركيزات العقاقير العلاجية إلى الأنسجة الرخوة المستهدفة أو عن طريق الآثار الجانبية السبرطية السامة والضارة على الأعضاء والأنسجة الطبيعية. تم إجراء مناهج مختلفة للتغلب على هذه الصعوبات من خلال توفير التوصيل "الانتقائي" إلى المنطقة المستهدفة ، فإن الحل الأمثل هو توجيه الدواء وحده إلى تلك الخلايا والأنسجة والأعضاء التي تتأثر بالمرض.يمكن أن تكون المواد الحاملة المحددة ، على سبيل المثال الجسيمات الغروية والاتحادات الجزيئية ، مناسبة لهذا التحديد. تنتج الجسيمات الغروية عن الدمج المادي للدواء في نظام غرواني ، على سبيل المثال المذيلات العكسية ، الصاخبة ، الكرات الدقيقة والنانوية ، كريات الدم الحمراء ، والبوليمرات والجسيمات الشحمية. من بين هؤلاء الناقلين ، تمت دراسة الجسيمات الشحمية بشكل كبير. تكمن جاذبيتها في تكوينها ، مما يجعلها قابلة للتحلل البيولوجي ومتوافقة حيويًا. يتضمن الجسيم الشحمي قلبًا مائيًا محاطًا بطبقة ثنائية واحدة أو أكثر تتكون من دهون طبيعية أو صناعية. وهي تتكون من شحميات فسفورية طبيعية خاملة بيولوجيًا ومُولِدة للمناعة بشكل ضعيف ، ولها سمية متأصلة منخفضة. علاوة على ذلك ، يمكن تغليف الأدوية التي تحتوي على دهون مختلفة في الجسيمات الشحمية: الأدوية المحبة للدهون بشدة محاصرة بالكامل تقريبًا في طبقة ثنائية الدهون ، والعقاقير المحبة للماء بشكل مكثف موجودة بالكامل في الحيز المائي ، والأدوية ذات السجل الوسيط logP يفصل بسهولة بين المرحلتين الدهنية والمائية ، كلاهما في الطبقة الثنائية وفي اللب المائي [15].

ستشرح المراجعة الحالية بإيجاز خصائص الجسيمات الشحمية واستكشاف المشكلات والحلول المقترحة ذات الصلة ، مع التركيز على تحضير الجسيمات الشحمية والتوصيفات والعوامل المؤثرة والمزايا والعيوب. على وجه الخصوص ، نعود إلى الأدبيات المتعلقة بالجسيمات الشحمية عالية الاستقرار وطويلة الانتشار (الجسيمات الشبحية الشبحية) ومجال تطبيقها.

تصنيف الجسيمات الشحمية

يمكن أن يختلف حجم الجسيم الشحمي من حويصلات صغيرة جدًا (0.025 ميكرومتر) إلى حويصلات كبيرة (2.5 ميكرومتر). علاوة على ذلك ، قد تحتوي الجسيمات الشحمية على غشاء واحد أو غشاء ثنائي الطبقة. حجم الحويصلة هو معلمة حادة في تحديد نصف عمر الدورة الدموية للجسيمات الشحمية ، ويؤثر كل من حجم وعدد الطبقات الثنائية على كمية تغليف الدواء في الجسيمات الشحمية. على أساس حجمها وعدد الطبقات الثنائية ، يمكن أيضًا تصنيف الجسيمات الشحمية إلى واحدة من فئتين: (1) الحويصلات متعددة الطبقات (MLV) و (2) الحويصلات أحادية الطبقة. يمكن أيضًا تصنيف الحويصلات أحادية الطبقة إلى فئتين: (1) حويصلات كبيرة أحادية الطبقة (LUV) و (2) حويصلات صغيرة أحادية الطبقة (SUV) [16]. في الجسيمات الشحمية أحادية الصفيحة ، تحتوي الحويصلة على كرة فوسفورية أحادية الطبقة ثنائية الطبقة تحيط بالمحلول المائي. في الجسيمات الشحمية متعددة الطبقات ، تحتوي الحويصلات على بنية بصل. بشكل كلاسيكي ، تتشكل عدة حويصلات أحادية الطبقة داخل الأخرى بحجم أصغر ، مما يصنع بنية متعددة الطبقات من كرات فسفوليبيدية متحدة المركز مفصولة بطبقات من الماء [17].


دعم المعلومات

مراقبة فقاعات الغاز الخالية من سداسي فلوريد الكبريت بدون دهون جافة في قاع القوارير في ضوء النهار صور TEM للجسيمات الشحمية التي تم الحصول عليها باستخدام المياه النانوية المجانية (GU-Liposomes) والماء منزوع الغاز (الجسيمات الشحمية التقليدية) واستخدام الماء المقطر (الجسيمات الشحمية التقليدية الأخرى) ، تعمل بالتوازي في ساعات انتظار مختلفة وتعرض لتركيز فوسفوليبيدات اهتزاز نهائي وعدد الدهون في المحلول في وقت رد فعل مختلف وعملية اشتقاق مكافئ 1. (PDF)


جدول المحتويات (36 فصل)

استخدام الجسيمات الشحمية لدراسة نقل الأدوية وامتصاصها

استخدام الجسيمات الشحمية في دراسة التمثيل الغذائي للدواء: طريقة لدمج إنزيمات نظام السيتوكروم P450 أحادي أوكسجيناز في الفوسفوليبيد ، الحويصلات ثنائية الطبقة

استخدام الجسيمات الشحمية لدراسة المستشعرات الخلوية

دراسة القنوات الأيونية الحساسة ميكانيكيا باستخدام الجسيمات الشحمية

دراسة نقل الأحماض الأمينية باستخدام الجسيمات الشحمية

استخدام الجسيمات الشحمية لدراسة تفاعلات البروتينات القابلة للذوبان مع الأغشية الخلوية

إعادة التركيب الشحمي لبروتينات الغشاء التكاملي الأحادي

إعادة تكوين بلمرة الأكتين على الجسيمات الشحمية

التشكيل الكهربائي للحويصلات العملاقة أحادية الطبقة من الأغشية الأصلية ومخاليط الدهون العضوية لدراسة المجالات الدهنية تحت ظروف القوة الأيونية الفسيولوجية

تصور فرز البروتين الخاص بمجال الدهون في الحويصلات العملاقة أحادية الطبقة

التخليق الحيوي للبروتينات داخل الجسيمات الشحمية

دراسة السيتوكرومات التنفسية في الجسيمات الشحمية

استخدام الجسيمات الشحمية لتقييم دور تفاعلات الغشاء في نشاط مضادات الأكسدة

دراسة التجمّع الغرواني باستخدام الجسيمات الشحمية

تقييم التفاعلات بين الخلايا الشحمية

طرق مراقبة انصهار الدهون والنفاذية والتفاعل مع الخلايا

استخدام قياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة لدراسة بروتينات النقل متعدد الأدوية في الجسيمات الشحمية

دراسة تنظيم الدهون في الأغشية البيولوجية باستخدام الجسيمات الشحمية و EPR Spin Labeling

Subczynski ، Witold K. (et al.)

يقاس إزاحة الغشاء عن طريق التحليل الطيفي الإسفار

تفاعل الدهون والليغاند مع حويصلات مستقبلات الأسيتيل كولين النيكوتين التي تم تقييمها بواسطة التحليل الطيفي للرنين البارامغناطيسي

المسح البيئي بالميكروسكوب الإلكتروني لأنظمة الحويصلة

الفحص المجهري الإلكتروني للكسر بالتجميد على المجالات في الدهون أحادية الطبقة وثنائية الطبقة على مقياس الدقة النانوية

مجهر القوة الذرية لتوصيف البروتينات الشحمية

سيتربيرغ ، يوهانس (وآخرون)

طريقة التحليل المتزامن لمكونات الجسيمات الشحمية باستخدام HPTLC / FID

هاتزيانتونيو ، صوفيا (وآخرون)

التحليل اللزوجي لمجمعات الحمض النووي الدهنية

التحليل الفلورومتري لمجمعات الحمض النووي الدهنية الموجبة الفردية

التحليل المعتمد على نقل طاقة الرنين الفلوري للمضادات الدهنية

تحليل هيكل Lipoplex وتغيرات طور الدهون

طرق الإسفار لتقييم توصيل الجينات بوساطة Lipoplex

تصوير الحنق للخلايا المنقولة بمجمعات سيرنا / الليبوزوم

التصوير الحيوي الطيفي والتصوير متحد البؤر للتوزيع داخل الخلايا من الليبوبلكس

شنايدر ، سيباستيان (وآخرون)

تقنيات تحميل النويدات المشعة Technetium-99m و Rhenium-186/188 في الجسيمات الشحمية مسبقة التشكيل للتصوير التشخيصي والعلاج بالنويدات المشعة

التحليل الطيفي للارتباط الفلوري لدراسة ديناميكيات الأغشية وتنظيمها في الحويصلات العملاقة أحادية الطبقة


الدكتور مايكل ر.كينغ

مايكل آر كينغ هو أستاذ J. لورانس ويلسون ورئيس قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة فاندربيلت. شغل سابقًا منصب أستاذ Daljit S. و Elaine Sarkaria في جامعة كورنيل. حصل على درجة الدكتوراه في الهندسة الكيميائية من جامعة نوتردام وتدريب ما بعد الدكتوراه في الهندسة الحيوية في جامعة بنسلفانيا. وقد كتب كتبًا مدرسية حول موضوعات الأساليب الإحصائية وتدفقات القنوات الصغيرة ، وحصل على العديد من الجوائز بما في ذلك جائزة NSF CAREER وجوائز البحث المتميز من الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين والجمعية الأمريكية للكيمياء السريرية ، وكان جيمس د. محقق ولاية نيويورك. كينغ هو زميل المعهد الأمريكي للهندسة الطبية والبيولوجية ، وجمعية الهندسة الطبية الحيوية ، والأكاديمية الدولية للهندسة الطبية والبيولوجية ، ويشغل منصب نائب رئيس الجمعية الدولية للهندسة البيولوجية. وهو رئيس تحرير الهندسة الحيوية الخلوية والجزيئية ، وهي مجلة رسمية لجمعية الهندسة الطبية الحيوية ، ويشغل منصب الرئيس المنتخب لمجلس كراسي الهندسة الطبية الحيوية.

يعمل King Lab في الواجهة بين الهندسة الخلوية وتوصيل الأدوية وتكنولوجيا النانو. يستخدمون أدوات ومفاهيم من الهندسة لفهم العمليات الحيوية الطبية التي تحدث في مجرى الدم ، بما في ذلك ورم خبيث السرطان والالتهاب والتخثر. لقد وجدوا أن الخلايا السرطانية في الدورة الدموية يمكن أن تحاكي الآليات الفيزيائية التي تستخدمها خلايا الدم البيضاء لحركة المرور عبر الجسم والالتصاق بجدار الأوعية الدموية ، واستكشفوا استراتيجيات لمقاطعة عملية الانبثاث هذه عن طريق استهداف مستقبلات الالتصاق المحددة. تتمتع مستقبلات الالتصاق سيليكين المهمة في تهريب الكريات البيض والخلايا الجذعية و CTC بفيزياء حيوية فريدة تجعلها مثالية لتوصيل الأدوية المستهدفة. كان King Lab رائدًا في استخدام البروتينات المنتقاة لتوصيل إشارات موت الخلايا المبرمج للخلايا السرطانية في تدفق الدم ، ولتوصيل البضائع العلاجية (على سبيل المثال ، سيرنا ، العلاج الكيميائي) مغلفة في الجسيمات الشحمية النانوية. يقوم مختبر King حاليًا باختبار علاجات السرطان الجديدة هذه في نماذج الفئران من سرطان الثدي وسرطان البروستاتا المنتشر من خلال استخدام التصوير اللامع للجسم بالكامل ، وفي عينات الدم التي تم جمعها من متطوعين بشريين تم تشخيص إصابتهم بالسرطان في مراحل مختلفة.

مايكل كينج متزوج من سينثيا رينهارت كينج ، أستاذة الهندسة في كورنيليوس فاندربيلت ، منذ عام 2002 ، ولديهما معًا ولدان: سيمون (13 عامًا) وجوليان (6 أعوام) ، وكوكابو يبلغ من العمر 15 عامًا يُدعى ليدي ميكس-أ -لوت الملك. إنهم يعيشون في برينتوود ، في منزل مملوك لـ CJ2K.

خارج العمل والمصالح العائلية ، مايك هو مؤسس VIBE: مبادرة Vanderbilt of Biofunky Engineers ، وهي مجموعة موسيقية من كلية الهندسة الطبية الحيوية وطلاب الدراسات العليا الذين قدموا عروضهم منذ عام 2017 داخل وخارج حرم فاندربيلت ، ويعيشون على الهواء على الراديو ناشفيل الحرة. تشمل الاهتمامات الأخرى: أن تكون أبًا متعصبًا لللاكروس ، وأن تحافظ على لياقتك ، وتتجول في المدينة في سيارة جيب رانجلر بدون أبواب.


أعضاء المختبر

الدكتور لينجين لي أستاذ مساعد في قسم الكيمياء الحيوية في كلية الطب بجامعة ستانفورد. وهي أيضًا زميلة في معهد ستانفورد تشيم-إتش. ولدت عام 1981 في مدينة شيان ، العاصمة القديمة للصين للعديد من أهم السلالات في تاريخ الصين وأيضًا حيث تم اكتشاف محاربي الطين. عندما كانت مراهقة ، كانت مفتونة بالتاريخ الصيني والأدب حتى قال مدرس الرياضيات في الصف السادس لها ذات يوم: الأدب للفتيات والرياضيات للأولاد. في عصر التمرد ، حولت تركيزها إلى الرياضيات والفيزياء والكيمياء ، وفي النهاية التحقت بجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين. هناك تخصصت في فيزياء البوليمرات في معهد الكيمياء والهندسة الكيميائية وحصلت على درجة البكالوريوس في الهندسة عام 2003.

تعرفت على مجال البيولوجيا الكيميائية من قبل مرشدة الدراسات العليا الدكتورة لورا كيسلينج في جامعة ويسكونسن ماديسون. هناك ، استخدمت إشارات كيميائية اصطناعية لتوجيه قرار مصير الخلايا الجنينية البشرية ، على أمل استخدام الخلايا الجذعية لعلاج الأمراض التنكسية. من خلال هذا المشروع ، كانت مسلحة بخبرات الكيمياء الاصطناعية ، وتقنيات الكيمياء الحيوية ، ومبادئ بيولوجيا الخلية. أصبحت أيضًا شغوفة بإحداث تأثير على صحة الإنسان من خلال العلوم والهندسة. جعلتها العقبات التي واجهتها تدرك أهمية الآليات البيوكيميائية في فهم فسيولوجيا الإنسان والعلاجات.

بعد حصولها على درجة الدكتوراه في الكيمياء عام 2010 ، انتقلت إلى كلية الطب بجامعة هارفارد للحصول على مزيد من التدريب البيوكيميائي مع الدكتور تيم ميتشيسون. في جامعة هارفارد ، تعاونت مع معاهد نوفارتيس للبحوث الطبية الحيوية لإجراء علم الصيدلة العكسي لمُعدِّلات المناعة المعروفة لتوضيح الآلية وتحديد الأهداف العلاجية المحتملة. وضع بحثها STING البشري ، وهو بروتين محول مركزي في الجهاز المناعي الفطري ، على خريطة اكتشاف دواء السرطان وقادها أيضًا إلى مجال علم المناعة الفطري في وقت مثير.

انضمت Lingyin إلى هيئة التدريس في كلية الطب بجامعة ستانفورد في سبتمبر 2015. وسيسعى مختبرها للحصول على اتجاهات بحثية متجذرة في الكيمياء مع إمكانية عالية للتأثير على البحوث البيولوجية / المناعية الأساسية وتطوير الأدوية.

[email protected]

الجوزاء سكريامدير المختبر

لقد نشأت في ولاية كيرالا ، جنوب الهند ، والمعروفة بجمالها الطبيعي.

حصلت على درجة البكالوريوس من جامعة كيرالا وواصلت دراساتي العليا في معهد التكنولوجيا الكيميائية في مومباي ، الهند. احب قضاء الوقت مع عائلتي.

أعمل في ستانفورد منذ عام 2004. بدأت العمل في مختبر مورين حيث كنت مدير المختبر ودرست توصيف الخلايا العصبية مثل هرمون تركيز الميلانين ، وهيبوكريتين وتفاعلها مع الدوائر العصبية الأخرى. انضممت لاحقًا إلى مختبر Theriot حيث شاركت في تطوير أدوات لدراسة حركية الخلايا في خلايا HL60 وخلايا القرنية الزرد.

الآن في مختبر Li ، أنا متحمس حقًا لدراسة بيولوجيا السرطان ، مع التركيز على الإشارات المناعية الفطرية لمحاربة السرطان. مع مثبطات نقاط الفحص ، أتطلع إلى استراتيجيات جديدة لعلاج السرطان.

[email protected]

دانيال فرنانديزعالم الموظفين

ولدت وترعرعت في منطقة ضواحي بالقرب من بوينس آيرس ، عاصمة الأرجنتين ، وكانت أولى ذكرياتي عن إجراء تجربة علمية هي محاولة الحصول على الماء والوقود "للزواج". دون علم والدي (النفط باهظ الثمن في بلدي الأصلي!) ، صببت كمية من البنزين في زجاجة نصف مليئة بماء الصنبور. أغلقت الزجاجة ، وختمتها ، وانتظرت. لقد استنتجت أن السوائل غير القابلة للامتزاج ستجتمع معًا إذا سمحت لهم بالوقت. كيف تم إثبات أنني مخطئ! مرت خمس سنوات ، تم بيع منزل والديّ ، وتم اكتشاف زجاجة زجاجية غامضة وشفافة ومحمرّة.

ثم التحقت بالكلية ، ودرس التكنولوجيا الحيوية. كان هذا في نيتي! خلال سنتي الثانية ، جذبتني محادثة من عالم بلورات ، لدرجة أنني طلبت من أستاذ الفيزياء الخاص بي العمل في حيود الأشعة السينية أحادية البلورة. لذلك ، لقد درست تعدد الأشكال البلوري على الأدوية المسوقة ، وقمت ببلورة مركبات معدنية مختلفة لمثبط ارتشاف العظام ، وصممت تلك المثبطات كمخلبات معدنية لمرض شاغاس (داء المثقبيات الأمريكي) بروتين تاريت. بعد حصولي على درجة Licenciado ، انتقلت إلى دراسة بلورات البروتين.

وهذا يعني عبور المحيط باتجاه الشرق إلى مدينة برشلونة. ركز عملي على التحقيق الهيكلي للمركبات العضوية التي تعمل كمثبطات لا رجعة فيها لعائلة من البروتياز المحتوية على الزنك ، أو البروتياز المعدني. كان الهدف هو الحصول على مركب عضوي وجزيء ضخم. في المحلول أولاً ، ثم في البلورة. الأول كان سهلاً نسبيًا ، والأخير ليس كذلك. لكن في السنة الرابعة للدكتوراه ، تمكنت من الحصول على تحديد هيكلي كامل يوضح كيف أصبح مركب غير نشط في مكان آخر نشطًا في جيب الموقع النشط للإنزيم ، مما أدى إلى قتله.

مكثت في أوروبا لمدة خمس سنوات أخرى بصفتي باحثًا في الدراسات البلورية بعد الدكتوراه ، وبعد عبور المحيط باتجاه الغرب ، تجدني في مركز معرفة البنية الجزيئية (MSKC) ، مما يساعد زملاء العمل في العديد من الزوايا التي تم بناء الفن عليها ، خاصة على الشيء الذي تعتمد عليه البلورات: الوقت.

[email protected]

فولكر بونرتمرحلة ما بعد الدكتوراه

ولدت ونشأت بالقرب من بون ، العاصمة السابقة لألمانيا. منذ أن أتذكر ، كنت مهتمًا بالبيولوجيا. أثناء المدرسة ، أصبحت مهتمًا أيضًا بالكيمياء ، وأثناء خدمتي المدنية بصفتي EMT ، كنت مفتونًا بعلم وظائف الأعضاء والطب. لحسن الحظ ، اكتشفت أنه يمكنني الجمع بين هذه الاهتمامات من خلال دراسة الطب الحيوي الجزيئي في جامعة بون. هناك ، أصبحت مفتونًا بتنوع جهاز المناعة وقررت أن أصبح اختصاصي مناعة. خلال رسالتي للحصول على الدبلوم تحت إشراف الدكتور سفين بورغدورف في مجموعة الدكتور كريستيان كورتس ، أتيحت لي الفرصة لدراسة آليات التقديم المتقاطع في خلايا تقديم المستضد المهنية.

من أجل أطروحة الدكتوراه الخاصة بي ، انضممت إلى مختبر الدكتور وينفريد بارشيت في معهد الكيمياء السريرية وعلم الأدوية السريرية في بون ، برئاسة الدكتور جونثر هارتمان. لقد درست الآلية والوظيفة البيولوجية للعديد من المحفزات المناعية الفطرية القائمة على الحمض النووي والإنزيمي. علاوة على ذلك ، قمت بإنشاء لقاح للسرطان في نموذج لسرطان المبيض وكشفت طريقة عمله.

الآن ، أنا متحمس للتركيز على المناعة المضادة للأورام واستخدام الإشارات المناعية الفطرية لمحاربة السرطان. يعد مثال الأدوية المعدلة للمناعة مثل مثبطات نقاط التفتيش التي تغير علاج السرطان في العيادات اليوم حافزًا كبيرًا بالنسبة لي لإيجاد طرق جديدة لتوسيع مجموعة أدواتنا في مكافحة السرطان في العيادات.

[email protected]

سابرينا ارجونطالب دراسات عليا - كيمياء حيوية

لقد نشأت في بولدر ، كولورادو ، حيث تعلمت أن أقدر تقديري في الهواء الطلق وطوّرت اهتمامي بالعالم المادي. حصلت على درجة البكالوريوس في الكيمياء الحيوية من جامعة براون حيث بحثت في الأنماط الجزيئية لمقاومة المضادات الحيوية الناشئة ، لا سيما في الريبوسومات البكتيرية. بعد الانتهاء من شهادتي ، أخذت إجازة لمدة عام للسفر قبل أن أبدأ الدكتوراه في جامعة ستانفورد. أنا مهتم بشكل أساسي بدراسة الآليات الجزيئية لإشارات الخلية ، لا سيما في سياق الجهاز المناعي والمرض.

[email protected]

جاكي كاروزاطالب دراسات عليا - كيمياء

نشأت في جنوب شرق ميشيغان بالقرب من ديترويت وحصلت على درجة البكالوريوس في الكيمياء من جامعة كورنيل. كطالب جامعي ، أجريت بحثًا عن البوليمرات العضوية وأكملت فترات تدريب في دراسة الأيض وبيولوجيا الخلايا السرطانية. مع تعمق اهتمامي بالأنظمة البيولوجية والأسئلة ، ذهبت عبر البركة إلى جامعة كامبريدج ، حيث كتبت أطروحة الماجستير الخاصة بي حول القياس الكمي لتفاعلات البروتين والبروتين المقاسة بتقنيات الموائع الدقيقة. أنا مهتم بدراسة الآليات الجزيئية للمرض وخاصة الدور الذي يلعبه رسل الجزيئات الصغيرة.

[email protected]

لورين لاهيطالب دراسات عليا - الفيزياء الحيوية

كطالب جامعي ، فوجئت باكتشاف شغف بالعلوم فيما اعتقدت أنه سيكون مجرد دورة مطلوبة على طول مسار ما قبل الطب. لقد وجدت تحديًا ومنطقًا وجمالًا متزامنًا في الكيمياء العضوية - وذلك عندما علمت أنني مدمن مخدرات. بدأت العمل في مختبر الدكتور ديفيد سون على تركيب نوى متغصنة من الكبريت العضوي متعدد الوظائف وذهبت لأحصل على درجة البكالوريوس. في الكيمياء في جامعة Southern Methodist.

لقد شاهدت أيضًا أحد أفراد أسرته وهو يكافح الآثار المدمرة لمرض مناعة ذاتية نادر غير قابل للعلاج خلال هذا الوقت. هذا حفز اهتمامي بعلم المناعة. بعد التخرج من الكلية ، بدأت العمل كمساعد باحث في مختبر William H. Robinson في ستانفورد. هناك قادت تحديد المؤشرات الحيوية الميكانيكية لأمراض المناعة الذاتية باستخدام الأجسام المضادة عالية الإنتاجية والكشف عن السيتوكين. بالإضافة إلى ذلك ، قمت بتطوير تشخيص متعدد المستضدات لـ بوريليا برغدورفيرية الإصابة بمرض لايم المبكر.

أعمل الآن عند التقاطع المثير بين مسارين بحثيين مختلفين كطالب دراسات عليا في الفيزياء الحيوية في مختبر Lingyin Li. من خلال الجمع بين الدقة الكيميائية والاستجواب المناعي ، أقوم بالبحث في الآليات الجزيئية لتنشيط المناعة الفطري وتطوير مناهج للتنظيم العلاجي.


توصيل الأدوية باستخدام الجسيمات الشحمية

الجسيمات الشحمية هي مركبات ناجحة لتوصيل الأدوية موصوفة لعدة أنواع من السرطان ولكن أيضًا لعلاج الالتهابات الفطرية أو إدارة الألم. الآن يُظهر باحثون من جامعة فيينا الطبية طريقة مباشرة لتفعيل الجسيمات الشحمية لاستهداف محدد ، مما قد يمهد الطريق للطب الشخصي. تم نشر الدراسة الآن في طب النانو - تقنية النانو ، علم الأحياء ، والطب.

أحدث مفهوم توصيل العقاقير الدهنية ثورة في المجال الصيدلاني ودخل حيز التطبيق منذ حوالي 20 عامًا عندما تمت الموافقة على أول تركيبة دهنية للدواء المضاد للسرطان دوكسوروبيسين للاستخدام السريري. يتم الاحتفاظ بالجسيمات الشحمية ، وحويصلات الفسفوليبيد 200 نانومتر ، لفترة أطول في الدورة الدموية وتتراكم في المواقع المرضية (الأورام أو الأنسجة الملتهبة) ، مما يؤدي إلى فعالية أعلى وانخفاض سمية جهازية مقارنة بالأدوية المجانية التي يتم تغليفها. لاستهداف الجسيمات الشحمية إلى أنسجة أو خلايا معينة ، مثل الخلايا السرطانية ، يجب ربط مادة رابطة معينة لبروتين فريد (مستضد) على الخلية المستهدفة ، والمعروفة باسم الجسم المضاد أحادي النسيلة ، بسطح الجسيم الشحمي. يسمى هذا الاقتران بوظيفية الجسيم الشحمي ويتم إجراؤه كيميائيًا ، غالبًا في المراحل النهائية من إنتاج الجسيم الشحمي ويمكن أن يتسبب في تلف الجسيم الشحمي أو استهداف الجسم المضاد.

الدراسة الجديدة التي أجرتها آنا أوهرادانوفا ريبيك وزملاؤها من معهد النظافة والمناعة التطبيقية ، مركز الفيزيولوجيا المرضية وعلم العدوى والمناعة التابع للجامعة الطبية في فيينا بالتعاون مع جامعة مينهو ، براغا ، البرتغال ، لا تظهر فقط ذكاءً ولكن طريقة سهلة أيضًا لتفعيل الجسيم الشحمي: لقد ربطوا الجزء الصغير المحدد من الجسم المضاد ، المسمى Fab ، بواسطة تقنية الجينات مع مرساة كارهة للماء. عبر هذا المرساة الكارهة للماء ، تم إدخال جزء Fab بشكل طبيعي في جزء الغشاء الشحمي الكارهة للماء أثناء تحضير الجسيمات الشحمية. "لقد كان أمرًا رائعًا أن نرى مدى سهولة عمل الجسيمات الشحمية. لقد اختبرنا شظيتين مختلفتين من Fab وكلاهما يعمل جيدًا. لاحظنا استهدافًا محددًا ليس فقط للخلايا الإيجابية للمستضد في طبق المختبر ولكن أيضًا في الفئران ، حيث تتعرف الجسيمات الشحمية بدقة على الأورام البشرية التي زرعناها. "

يضيف Hannes Stockinger ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "إذا قمنا بدمج طريقة التوصيل هذه مع فحص أورام المريض لوجود بروتين سطحي فريد ، والذي يمكننا استهدافه باستخدام الجسيمات الشحمية الوظيفية الشظية Fab ، فقد نتمكن من ذلك علاج الأورام بشكل أكثر كفاءة وتقليل الآثار الجانبية للأدوية المضادة للسرطان التي يتم تقديمها بشكل كبير. أتوقع هذا كدواء شخصي للمستقبل. ومع ذلك ، ما زال أمامنا الكثير من العمل لتنفيذ استراتيجية العلاج هذه في الممارسة السريرية. "


معمل مينيس - معمل الكهرومغناطيسية الحيوية

بنية فريدة لجهاز متعدد الطبقات لتحقيق خلايا شمسية نانوية عالية الكفاءة للغاية.

استكشاف آلية تفاعلات الخلايا الخلوية في الخلايا العصبية

التحقيق في بنية الشبكة العصبية للتعرف على آلية تفاعلات الخلية الخلوية في الخلايا العصبية

أعضاء المختبر

رفائيل مينيس ، دكتوراه.

ميشال عمار شارون

ايان باربورا

سفيتلانا ليسينكو

المنشورات

  • آيان باربورا ، وأوريان بوهار ، وأرييل ألكسندر سيفان ، وإيال ماجوري ، وأرييل نوس ، ورفائيل مينيس ، 2021 ، & quot ؛ يزيد تردد النبض العالي لإشعاع الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء من عمق الاختراق للتطبيقات الطبية الحيوية الجديدة. & quot؛ PLoS ONE. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245350

المناصب المفتوحة

دكتوراه. طالب

متطلبات

  • يجب أن يكون لديك درجة الماجستير في الفيزياء أو الكيمياء أو علم الأحياء. الخبرة في الأساليب الطيفية ومعالجة الصور والبرمجة و / أو الإحصاء مفيدة
  • أنت جاهز للعمل في بيئة متعددة التخصصات
  • أنت مهتم بتطبيق الأساليب الفيزيائية في الأبحاث البيولوجية والطبية.
  • أنت تجيد اللغة الإنجليزية ، في الكتابة والتحدث
  • لديك شخصية مستقلة وعملية وقدرة على اتخاذ المبادرات

المكافآت

نحن فريق بحث متعدد التخصصات يستكشف تفاعلات الموجات الكهرومغناطيسية ، وتحديداً في نطاق الأشعة فوق البنفسجية - المرئية - تحت الحمراء ، مع الأنسجة والخلايا البيولوجية.
تتوفر جميع الفرص التي يمكن لقسم الجامعة تقديمها مثل التعاون العلمي والتعليم والتدريب.

للحصول على معلومات إضافية حول الدكتوراه. في جامعة أرييل ، يرجى زيارة:
https://www.ariel.ac.il/wp/graduate-school/en/#.

يرجى إرسال طلبك الكامل إلكترونيًا إلى الدكتور رفائيل مينيس. نطلب خطاب تحفيز وسيرتك الذاتية بالإضافة إلى نصوص درجات البكالوريوس والماجستير أو ما يعادلها.

باحث ما بعد الدكتوراه

متطلبات

  • يجب أن يكون لديك دكتوراه. شهادة في الفيزياء أو الكيمياء أو علم الأحياء مع خبرة في طرق التحليل الطيفي.
  • تعتبر الخبرة في العلاج الضوئي (PDT) ميزة.
  • أنت جاهز للعمل في بيئة متعددة التخصصات.
  • أنت مهتم بتطبيق الأساليب الفيزيائية في الأبحاث البيولوجية والطبية.
  • أنت تجيد اللغة الإنجليزية ، في الكتابة والتحدث
  • لديك شخصية مستقلة وعملية والقدرة على اتخاذ

المكافآت

نحن فريق بحث متعدد التخصصات يستكشف تفاعلات الموجات الكهرومغناطيسية ، وتحديدًا في نطاق الأشعة فوق البنفسجية - المرئية - تحت الحمراء ، مع الأنسجة والخلايا البيولوجية.
تتوفر جميع الفرص التي يمكن لقسم الجامعة تقديمها مثل التعاون العلمي والتعليم والتدريب.

للحصول على معلومات إضافية حول وظيفة في جامعة أرييل ، يرجى زيارة https://www.ariel.ac.il/wp/graduate-school/en/#.

يرجى إرسال طلبك الكامل إلكترونيًا إلى الدكتور رفائيل مينيس. نطلب خطاب تحفيز وسيرتك الذاتية بالإضافة إلى نصوص درجات البكالوريوس والماجستير والدكتوراه أو ما يعادلها.

دكتوراه. طالب

متطلبات

  • يجب أن تكون حاصلاً على درجة الماجستير في الفيزياء أو الكيمياء أو علم الأحياء مع خبرة في طرق التحليل الطيفي.
  • الخبرة في الفحص المجهري FTIR ميزة.
  • أنت جاهز للعمل في بيئة متعددة التخصصات.
  • أنت مهتم بتطبيق الأساليب الفيزيائية في الأبحاث البيولوجية والطبية.
  • أنت تجيد اللغة الإنجليزية ، في الكتابة والتحدث
  • لديك شخصية مستقلة وعملية وقدرة على اتخاذ المبادرات

المكافآت

نحن فريق بحث متعدد التخصصات يستكشف تفاعلات الموجات الكهرومغناطيسية ، وتحديدًا في نطاق الأشعة فوق البنفسجية - المرئية - تحت الحمراء ، مع الأنسجة والخلايا البيولوجية. تتوفر جميع الفرص التي يمكن لقسم الجامعة تقديمها مثل التعاون العلمي والتعليم والتدريب.

للحصول على معلومات إضافية حول درجة الدكتوراه. في جامعة أرييل ، يرجى زيارة:
https://www.ariel.ac.il/wp/graduate-school/en/#.

يرجى إرسال طلبك الكامل إلكترونيًا إلى الدكتور رفائيل مينيس. نطلب خطاب تحفيز وسيرتك الذاتية بالإضافة إلى نصوص درجات البكالوريوس والماجستير أو ما يعادلها.


الملخص

الجسيمات الشحمية هي هياكل حويصلية مصنوعة من الدهون التي تتشكل في المحاليل المائية. من الناحية الهيكلية ، تشبه الغشاء الدهني للخلايا الحية. لذلك ، تم التحقيق فيها على نطاق واسع ، منذ الستينيات ، كنماذج لدراسة غشاء الخلية ، وكناقلات للحماية و / أو توصيل العوامل النشطة بيولوجيًا. لقد تم استخدامها في مجالات مختلفة من البحث بما في ذلك اللقاحات والتصوير والتطبيقات في مستحضرات التجميل وهندسة الأنسجة. تعرف هندسة الأنسجة بأنها استراتيجية لتعزيز تجديد الأنسجة لجسم الإنسان. قد تتضمن هذه الاستراتيجية التطبيق المنسق لأنواع الخلايا المحددة مع سقالات المواد الحيوية المنظمة لإنتاج الهياكل الحية. لإنشاء نسيج جديد ، بناءً على هذه الإستراتيجية ، هناك حاجة إلى تحفيز محكوم للخلايا المستنبتة ، من خلال مزيج منهجي من العوامل النشطة بيولوجيًا والإشارات الميكانيكية. في هذه المراجعة ، نسلط الضوء على الدور المحتمل للجسيمات الشحمية كمنصة للتوصيل المستدام والمحلي للعوامل النشطة بيولوجيًا لهندسة الأنسجة ونهج الطب التجديدي.

1 المقدمة

الدهون هي جزيئات صغيرة كارهة للماء أو برمائية [1]. لذلك ، يمكن تصنيفها على أنها أسيل دهنية ، جليسيروليبيدات ، جليسيروفوسفوليبيد ، سفينجوليبيدات ، شحميات ستيرول ، دهون برينول ، سكاروليبيدات وبوليكيتيدات [2،3]. تسمح الطبيعة البرمائية لبعض الدهون لها بتكوين هياكل منظمة مثل الحويصلات أو الأغشية ، عند الانغماس في بيئة مائية. يمكن استخلاصها من الأنسجة المشتقة من النباتات أو الحيوانات عن طريق المذيبات منخفضة القطبية مثل الكلوروفورم.

تلعب الدهون دورًا حيويًا في الأحداث الفسيولوجية والفيزيولوجية المرضية للأنظمة الحية [4]. من المعتقد أن الحياة بدأت عندما كانت الأحماض النووية محصورة داخل غشاء. يفصل الغشاء البيولوجي الأحماض النووية عن البيئة الخارجية ويتحكم في نقل المعلومات ونقل الأيونات والجزيئات بين داخل وخارج الغشاء الخلوي. غشاء الخلية عبارة عن نظام معقد وديناميكي يتكون من جزيئين دهنيين متماسكين معًا بواسطة تفاعلات كارهة للماء ، ويتم تجميعهما ذاتيًا كطبقة ثنائية مستمرة مع بروتينات مدمجة داخل الغشاء أو مرتبطة به بشكل عابر (الشكل 1) [6].

الشكل 1. غشاء الخلية عبارة عن سائل به بروتينات مختلفة متصلة بطبقة ثنائية الدهون. مقتبس من [5]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

من الواضح أن هذا النظام الديناميكي ضروري للحياة. يجمع الجزء الداخلي من غشاء الخلية الشقوق الكارهة للماء من الدهون ، والجزء الخارجي محب للماء. عادة ما تكون البروتينات المتكاملة في النواة الكارهة للماء للطبقة الثنائية [5]. ترتبط البروتينات المحيطية بسطح الغشاء. يفترض نموذج الفسيفساء المائع أن غشاء البلازما وأغشية العضية تتكون من بروتينات مدمجة في طبقة ثنائية فسفوليبيد سائلة. موضع البروتينات ليس ثابتًا. مثل الفسفوليبيدات في الطبقة الثنائية ، بروتينات الغشاء في حركة ثابتة [5]. لذلك ، يسمح غشاء الخلية للتفاعلات الكيميائية أن تحدث بشكل أكثر كفاءة في منطقة مغلقة ويحمي المعلومات الجينية. العضية الرئيسية للتخليق الحيوي للدهون هي الشبكة الإندوبلازمية التي تنتج الجزء الأكبر من الدهون الفوسفورية الهيكلية والكوليسترول [7]. أهم وظيفة دهنية في الكائن الحي هي دورها في غشاء البلازما.

الجليسيروفوسفوليبيدات ، أو الفوسفوليبيدات ، هي المكونات الرئيسية للطبقة الدهنية الثنائية للخلايا [٨-١٠]. تشارك الفسفوليبيدات ، جنبًا إلى جنب مع البروتينات الغشائية والكوليسترول ، في العديد من وظائف الخلية مثل التحكم في شكل الخلية ، والتجزئة ، وتخزين المركبات ، ونقل الأيونات ، والتمثيل الغذائي ، وعمليات إرسال الإشارات الخلوية وعمليات اندماج الخلايا [10]. تتكون الفسفوليبيدات من الجلسرين المرتبط بمجموعة الفوسفات (PO4 2−) واثنين من الأحماض الدهنية. في بعض الحالات ، ترتبط مجموعة الفوسفات بجزيء عضوي صغير آخر ، مثل مادة الكولين. يوضح الشكل 2 مثالاً على فوسفوليبيد والأجزاء الرئيسية لتكوينه. سيتم مناقشة مزيد من التفاصيل حول الدهون وخصائصها في §2.1.

الشكل 2. التركيب الكيميائي ، ثلاثي الأبعاد والتخطيطي لـ L-α-phosphatidylcholine ، مهدرج (فول الصويا) (HSPC) يتكون من سلاسل الأحماض الدهنية ، العمود الفقري للجليسرول ومجموعة الرأس (الكولين). مقتبس من [11]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

يمكن تصنيف الدهون الفوسفورية على أنها طبيعية أو اصطناعية. يمكن الحصول على الدهون الفسفورية الطبيعية من مصادر مختلفة مثل فول الصويا أو صفار البيض. من حيث مجموعات الرأس القطبية ، تصنف الفوسفوليبيدات على أنها فسفاتيديل كولين (PC) ، فسفاتيديل إيثانولامين (PE) ، فسفاتيديل سيرين (PS) ، فسفاتيديل إلينوزيتول (PI) ، فوسفاتيديل جلسرين (PG) وحمض الفوسفاتيديك (PA). PC و PE هما أكثر الفوسفاتيدات وفرة في النباتات والحيوانات وهما أيضًا الأكثر استخدامًا لإنتاج الجسيمات الشحمية [12]. ومع ذلك ، فإن الفسفوليبيدات الطبيعية أقل استقرارًا من الفسفوليبيدات الاصطناعية [13]. يمكن إنتاج الفسفوليبيدات الاصطناعية من الدهون الطبيعية. يسمح تعديل المناطق غير القطبية والقطبية لجزيئات الفسفوليبيد بإنشاء مجموعة غير محدودة من الدهون الفوسفورية المحددة جيدًا والمميزة [13]. ومن أمثلة الدهون الاصطناعية ديبالميتويل فوسفاتيديل كولين (DPPC) ، وديميرستويل فوسفاتيديل كولين (DMPC) ، وفوسفاتيديل كولين (DSPC) وفوسفاتيديل الصويا المهدرج (HSPC) ، 1-palmitoyl-2-oleoyl-3 sn-phlyospho) 1-palmitoyl-2-stearoyl (5-DOXYL) -sn-glycero-3phosphocholine (SLPC) ، 1،2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) ، 1،2-distearoyl-sn-glycero-3 -فوسفو- (1′-Rac-glycerol) (DSPG) ، 1،2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DPPG) و 1،2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphate (DSPA).

الدهون الستيرولية ، مثل الكوليسترول (Chol) ومشتقاته ، هي دهون كارهة للماء ولها دور مهم في غشاء الخلية الحيوانية [7]. الستيرويدات هي عائلة من الدهون تتميز ببنية الحلقة الأربعة الموضحة في الشكل 3. تختلف المنشطات المختلفة عن بعضها البعض حسب المجموعات الوظيفية أو المجموعات الجانبية المرتبطة بتلك الحلقات. يتميز Chol بـ "ذيل" هيدروكربوني مكون من وحدات فرعية من الأيزوبرين. إنه مكون مهم لأغشية البلازما في العديد من الكائنات الحية. في الثدييات ، يتم استخدامه أيضًا كنقطة انطلاق لتخليق العديد من جزيئات الإشارة التي تسمى الهرمونات. الاستروجين والبروجستيرون والتستوستيرون هي أمثلة على الهرمونات المشتقة من الكول [14].

الشكل 3. التركيب الكيميائي ، ثلاثي الأبعاد والتخطيطي للكوليسترول (الكوليسترول). مقتبس من [14]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

يشار إلى المركبات التي تحتوي على كل من العناصر المحبة للماء والطارئة للماء باسم amphiphilic. تعتبر الطبيعة البرمائية للفوسفوليبيد ذات أهمية قصوى لوظيفتها البيولوجية [14]. على وجه التحديد ، هذه البنية مسؤولة عن وجودها ودورها الوظيفي في الأغشية الخلوية. تتجمع الفسفوليبيدات تلقائيًا في مراحل متبلورة سائلة مرتبة في وجود الماء [10]. يعتمد تكوين هذه الهياكل القائمة على الدهون على العوامل الجوهرية للفوسفوليبيد ، مثل طبيعة وحجم مجموعة الرأس الدهنية وطول ودرجة عدم تشبع سلاسل الأسيل ، وعلى العوامل الخارجية ، مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة والتركيز ووجود المذاب والدهون الأخرى [7،10]. من أمثلة الهياكل القائمة على الدهون الطبقات الأحادية ، الطبقات الثنائية الدهنية ، المذيلات ، الجسيمات الشحمية والأنابيب [7 ، 15]. هنا ، سنراجع استخدام الدهون لتكوين الجسيمات الشحمية ومناقشة بعض تطبيقاتها ، مع التركيز بشكل أساسي على هندسة الأنسجة (TE) والطب التجديدي.

2. الجسيمات الشحمية

الجسيمات الشحمية عبارة عن حويصلات يتم تجميعها ذاتيًا ولها القدرة على تغليف المحاليل المائية والمركبات الكارهة للماء. وهي تعتبر أقدم أنظمة حاملات النانو ، والتي تم اكتشافها لأول مرة في منتصف الستينيات من قبل أ. د. بانغهام [16]. أجرى بانغام تجارب لتحديد كيفية تصرف الدهون عند غمرها في الماء. عندما أصبحت المجاهر الإلكترونية الناقلة متاحة ، تمكن بانغهام من الحصول على صور عالية الدقة لخلائط الماء الدهني. أظهرت الصور أن الدهون تشكل حويصلات مملوءة بالماء ، تشبه الخلايا ، والتي أطلق عليها اسم الجسيمات الشحمية [14]. لمزيد من التفاصيل حول تطور الجسيمات الشحمية ، يتم توجيه القارئ إلى مراجعة حديثة تستشهد بالمساهمات المهمة للرواد الأوائل في مجال الجسيمات الشحمية [17]. منذ اكتشافهم ، تم إجراء عدد كبير من الدراسات لفهم خصائصهم الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية والتطبيقات الممكنة. تم استخدامها على النحو التالي: أنظمة الأغشية النموذجية لدراسة الطبيعة الأساسية لأغشية الخلايا [6] ، في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية [6 ، 18] ، في الأساليب التحليلية [18] ، في تقنيات الموائع الدقيقة [19] ، كنموذج لـ إنتاج نانوجيلس [20] ، في مستحضرات التجميل وتكنولوجيا الغذاء [21 ، 22] ، في التصوير [23] ، كنظم توصيل الأدوية في علم الأدوية [24-26] ، وفي TE [27]. في هذا القسم ، سوف نعيد النظر في خصائص الجسيمات الشحمية ، وصياغتها / وظيفتها ، وطرق تحضيرها وثباتها.

2.1. خصائص الجسيمات الشحمية

الجسيمات الشحمية هي طبقات ثنائية كروية للدهون بأقطار تتراوح من النانومتر إلى مقياس الميكرومتر [28]. تتمتع الجسيمات الشحمية بمزايا مختلفة عند مقارنتها بأنظمة حاملة بديلة أخرى [29،30]. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية في حقيقة أنها مصنوعة من مواد طبيعية ، أي الدهون ، ويمكن تصنيعها بسهولة في المختبر.

تعتمد خصائص الجسيمات الشحمية بشكل أساسي على خصائص الدهون. يحتوي الفسفوليبيد على مجموعة رأسية ، وعمود فقري للجليسرول ، وسلاسل من الأحماض الدهنية (ما يسمى بالذيول) ، كما هو موصوف أعلاه وموضح في الشكل 2. يمكن أسترة إحدى مجموعات الأكسجين لحمض الفوسفوريك إلى مجموعة متنوعة من الجزيئات العضوية بما في ذلك الجلسرين والكولين والإيثانولامين والسيرين والإينوزيتول. من أمثلة الدهون السلبية PG و PS و PI و PA. يتم خلط الدهون الأخرى ، مثل 1،2-dioleoyl-3-dimethylammonium-propane (DODAP) و 1،2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP) ، مع الفسفوليبيدات المحايدة لإنتاج دهون موجبة الشحنة [3]. ترتبط طبيعة الفسفوليبيد أيضًا بطول سلاسل الأحماض الدهنية. لذلك تختلف الأحماض الدهنية في عدد ذرات الكربون ودرجة عدم التشبع [3]. عندما توجد رابطة مزدوجة بين ذرتين من الكربون (C = C) في سلسلة هيدروكربونية ، يُقال إن السلسلة غير مشبعة ، بينما يُقال إن سلاسل الهيدروكربون بدون روابط مزدوجة (أي C - C) مشبعة. يؤثر طول ودرجة تشبع سلسلة الدهون على درجة حرارة انتقال المرحلة البلورية الهلامية ، تيج (الجدول 1). بالنظر إلى عدد ذرات الكربون ، يمكن تسمية الأحماض الدهنية باسم لوريك (C12) ، و myristic (C14) ، و palmitic (C16) و stearic (C18). بشكل عام ، توجد الأحماض الدهنية غير المشبعة في الدهون الفسفورية الطبيعية مثل PC. DPPC و DMPC و DSPC و HSPC هي أكثر مركبات الفوسفوليبيدات الاصطناعية شيوعًا.

الجدول 1. انتقال المرحلة البلورية (تيج) من بعض الفسفوليبيدات. مقتبس من [31].

في البيئات المائية ، تميل الدهون إلى التجمع الذاتي في حويصلات. التفاعلات فيما بينها ، التفاعلات المحبة للماء بين مجموعات الرأس القطبية ، تفاعلات فان دير فالس بين سلاسل الهيدروكربون وأيضًا مع الماء (التفاعلات المحبة للماء والتأثير الكارثي للماء) تؤدي إلى تكوين هياكل ذات أساس دهني مثل الجسيمات الشحمية والمذيلات (الشكل 4) [32]. الميسيلات عبارة عن قطرات صغيرة تتشكل عندما تواجه رؤوس الفوسفوليبيد المحبة للماء الماء ، وتتجمع ذيول الكارهة للماء معًا للاختباء من جزيئات الماء. تميل الدهون الفسفورية ذات الذيل الصغير والقصير إلى تكوين المذيلات. تميل الدهون الفسفورية ذات الذيل الأطول إلى تكوين الجسيمات الشحمية (طبقة ثنائية الدهون مع ورقتين من جزيئات الفوسفوليبيد). يمكن أن يحتوي رأس الفسفوليبيد على روابط تساهمية قطبية عالية ، بالإضافة إلى شحنات موجبة وسالبة. عادة ، تتفاعل هذه الشحنات والروابط القطبية للرأس مع جزيئات الماء ، عندما يتم وضع فوسفوليبيد في محلول ، في حين أن ذيول الأحماض الدهنية للفوسفوليبيد لا تتفاعل مع الماء (غير قطبي) ، مما يعني أنها لا تتشكل روابط هيدروجينية مع ذيل الهيدروكربون [14].

الشكل 4. الجسيمات البديلة القائمة على الدهون: ميسيل وجسيم شحمي. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

تشكل السيولة النسبية والتنقل لكل جزيء دهني داخل الطبقة الثنائية خصائص مهمة للجسيمات الشحمية. تميل الطبقة الدهنية الثنائية إلى السماح لمادة معينة بالمرور عبرها - ما يسمى بالنفاذية الانتقائية [32].هذا يعني أن البيئة الداخلية للجسيم الشحمي يمكن أن تصبح مختلفة عن الفضاء الخارجي. في الواقع ، هذه القدرة على الاحتفاظ بالبيئات المختلفة بين الفضاء الخارجي والداخلي هي أيضًا إحدى الخصائص الرئيسية للخلايا [14 ، 15].

كما ذكرنا سابقًا ، تتكون الجسيمات الشحمية من أغشية انتقائية للغاية (الشكل 5). تتحرك الجزيئات الصغيرة غير القطبية عبر طبقة الدهون الثنائية بسرعة ، بينما تعبر الجزيئات الكبيرة والمواد المشحونة الغشاء ببطء [14 ، 33]. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جزيئات الماء والأيونات قادرة أيضًا على التحرك عبر طبقة ثنائية الدهون. بشكل أساسي ، ينتقل الماء عبر طبقات الدهون الثنائية من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض عن طريق التناضح. تنتقل المواد المذابة بالانتشار من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض [14]. تشير المقارنة بين نفاذية الجلوكوز والسكروز إلى أن الجزيئات الأصغر (الجلوكوز) تنتشر أسرع من الجزيئات الأكبر (السكروز) بمقدار ضعفي الحجم [33]. بمقارنة انتشار الجلوكوز والأيونات ، حيث أن الجلوكوز هو جزيء أكبر ، فإن معامل النفاذية الخاص به يكون حوالي 6.40 إلى 250 مرة أعلى من Cl - و K و Na. إن نفاذية طبقة ثنائية الدهون حساسة جدًا لشحنة الأيون ، وتكون أكبر في حالة Cl - بأكثر من ترتيب واحد من حيث الحجم مقارنة بالكاتيونات أحادية التكافؤ [33]. علاوة على ذلك ، فإن الجسيمات الشحمية لها نفاذية منخفضة للجزيئات المحبة للماء ونفاذية عالية للجزيئات الكارهة للماء [17]. ستتم مناقشة المزيد من التفاصيل حول حركية إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية في قسم "إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية".

الشكل 5. النفاذية الانتقائية للطبقات الدهنية الثنائية. مقتبس من [14]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

تؤثر درجة تشبع الأحماض الدهنية أيضًا على نفاذية طبقات الدهون الثنائية لجزيئات معينة (الشكل 6) [15]. نظرًا لأن روابط C - H لها طاقة حرة أكبر من روابط C = C ، فإن الدهون المشبعة لها طاقة كيميائية أعلى من الدهون غير المشبعة [14]. الروابط المزدوجة تخلق فراغات بين ذيول معبأة بإحكام. وبالتالي ، تحتوي طبقات الدهون الثنائية التي تحتوي على العديد من الأحماض الدهنية غير المشبعة على فجوات أكثر وقد تكون أكثر نفاذية من الطبقات الثنائية التي تحتوي على عدد أقل من الأحماض الدهنية غير المشبعة [14].

الشكل 6. الهيدروكربونات غير المشبعة والمشبعة. الرابطة المزدوجة في سلسلة الهيدروكربون تخلق فراغات في الطبقة المزدوجة. مقتبس من [14]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

المعلمة الأخرى التي يمكن أن تؤثر على تنقل الدهون داخل الطبقة الثنائية هي درجة الحرارة [34]. عند درجة حرارة معينة ، يمكن أن توجد طبقة ثنائية للدهون في طور هلامي أو سائل (الشكل 7). اعتمادا على الدهون تيج، يمكن للأغشية المكونة من دهون مختلفة أن تظهر مستويات سيولة مختلفة عند نفس درجة الحرارة. ال تيج من الفسفوليبيدات يعتمد على ما يلي: (1) طول سلسلة الأسيل في الدهون (2) درجة تشبع سلاسل الهيدروكربون في الدهون (3) القوة الأيونية لوسط التعليق و (4) نوع المجموعة القطبية [36].

الشكل 7. تأثير درجة الحرارة والكول على نفاذية طبقة ثنائية الفسفوليبيد. يزيل الكول المرحلة الانتقالية للطبقة الدهنية الثنائية. يزيد الكوليسترول من نفاذية الطبقة الثنائية للدهون في مرحلة الهلام ويقللها في الطور المائع. مقتبس من [15 ، 35]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

يجب أن تكون الطبقات الثنائية الدهنية التي يغلب عليها الفسفوليبيدات مع ذيول هيدروكربونية طويلة ومشبعة أكثر صلابة وأقل نفاذاً ، لأن التفاعلات بين ذيولها أقوى ، مما يؤدي إلى ارتفاع تيج. في الواقع ، تصبح التفاعلات الكارهة للماء أقوى مع زيادة طول ذيول الهيدروكربونات المشبعة [37]. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الدهون ذات الذيل الأطول على مساحة أكبر للتفاعل [31،35،38]. على العكس من ذلك ، تحتوي الدهون غير المشبعة على نسبة أقل بكثير تيج من الدهون المشبعة [32].

بعد تكوين الجسيمات الشحمية ، تتأثر حركة الجزيئات داخل وعبر طبقة ثنائية الدهون بدرجة حرارة وبنية ذيول الهيدروكربونات [14]. كما هو موضح في الشكل 7 ، عند درجة حرارة أقل من تيج، الفسفوليبيدات في مرحلة الهلام ، مما يؤدي إلى انخفاض السيولة والنفاذية للكاتيونات أحادية التكافؤ وثنائية التكافؤ المغلفة [15]. عند درجة الحرارة هذه ، تتحرك الجزيئات الفردية داخل الطبقة الثنائية ببطء. نتيجة لذلك ، تتراكم ذيول الكارهة للماء في الجزء الداخلي من الطبقة الدهنية الثنائية معًا بشكل أكثر إحكامًا [14]. عند درجة حرارة أعلى من تيج، الفسفوليبيدات في طور مائع وسيولة عالية ، ولكن أيضًا نفاذية منخفضة نسبيًا [15]. لذلك ، تتحرك الجزيئات الفردية داخل طبقة ثنائية الدهون بسرعة. عند درجة حرارة تساوي تيج، تزيد الطبقة الدهنية الثنائية من النفاذية بعدة أوامر من حيث الحجم. تُعزى هذه الظاهرة إلى وجود مناطق بينية عالية النفاذية بين نطاقات الهلام المتعايش ونطاقات الطبقة الثنائية السائلة [15 ، 39].

كما تم وصفه سابقًا ، عادةً ما يتم تضمين الكوليسترول ومشتقاته في تحضير الجسيمات الشحمية. لذلك ، فإن وجود الكوليسترول له تأثير كبير على خصائص طبقات الدهون الثنائية [31 ، 33]. على وجه التحديد ، فإن إضافة Chol إلى طبقة ثنائية الدهون تقلل من سيولة ونفاذية الماء في طور السائل. يوجه جزيء Chol نفسه بين جزيئات الفسفوليبيد ، حيث تواجه مجموعة الهيدروكسيل الخاصة به طور الماء ، والحلقة ثلاثية الحلقات المحصورة بين الكربونات القليلة الأولى من سلاسل الأسيل الدهنية ، في قلب الهيدروكربون لطبقة الدهون الثنائية [3]. نظرًا لأن حلقات الستيرويد في Chol كثيفة ، فإن إضافة Chol إلى طبقة ثنائية الدهون يجب أن تزيد من كثافة القسم الكارهة للماء. هذا يقلل من مرونة سلاسل الدهون المحيطة ، ويزيد من الصلابة الميكانيكية لطبقات السائل الثنائية ويقلل من انتشارها الجانبي (الشكل 7). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يمنع Chol تبلور سلاسل الهيدروكربون للدهون المشبعة لتكوين نظام حالة الهلام [33 ، 36]. وقد لوحظ أن تأثير الكول في تقليل نفاذية الصوديوم والبوتاسيوم والكلور والجلوكوز عند 36 درجة مئوية مستقل عن شحنة السطح ومجموعات الرأس [33]. انخفضت النفاذية بمعامل 4-18 للكاتيونات ، وبنسبة 2 فقط للجلوكوز والكلور. استنتج المؤلفون أن الكولي يؤثر على عملية الذوبان أكثر من عملية الانتشار [33]. لذلك ، فإن إضافة Chol إلى طبقة ثنائية الليبيد تعدل من عبوتها الجزيئية. تصبح طبقة ثنائية الدهون أكثر تكثيفًا عند مقارنتها مع الدهون الفوسفورية النقية فوق تيج، وأكثر سلاسة عند مقارنتها بالفوسفوليبيدات النقية الموجودة أسفل تيج [33].

2.2. الصياغة والتشغيل

أحد الاهتمامات الرئيسية في تصميم تركيبة الجسيمات الشحمية هو استقرار العامل النشط بيولوجيًا ومكونات الدهون ، والتي يمكن أن تتأثر بتركيز الدهون ، والبيئة ، ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة ، وكذلك قابليتها لتدهور الإنزيم. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد تركيبة الجسيمات الشحمية على العامل النشط بيولوجيًا المراد تغليفه ، وطريقة التحضير ، وتركيب الفوسفوليبيد والتطبيق المقصود. تُعرَّف تركيبات الجسيمات الشحمية المكونة من الدهون الفوسفورية والكول على أنها "جسيمات شحمية تقليدية" (الشكل 8أ). تعتمد عقاقير الجسيمات الشحمية التقليدية وتوزيع الأنسجة على الحجم وشحنة السطح وكثافة تعبئة الغشاء [31]. لتغليف العوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للماء ، يعتبر الكول والفوسفوليبيدات المشبعة من أهم العوامل التي تسمح بتقليل نفاذية الغشاء [31]. يستخدم الكوليسترول بشكل شائع مع الفوسفوليبيد ، لأن الكوليسترول يمكن أن يجعل أغشية الدهون أقوى ، كما أوضحنا سابقًا. لا تزيد نسبة الكوليسترول في تكوين الجسيمات الشحمية عادةً عن 50٪ [12]. التفاعلات الكارهة للماء للكول مع دهون الغشاء تجبر مجموعات الفسفوليبيد الرأسية على حماية الكول من الماء [40]. يعتبر الكوليسترول ضروريًا لاستقرار العامل النشط بيولوجيًا والحفاظ عليه في قلب الجسيم الشحمي ، ويقل هذا التأثير مع زيادة درجة الحرارة [33].

الشكل 8. المقطع العرضي للجسيم الشحمي: (أ) الجسيم الشحمي التقليدي (ب) SSL (ج) الليبوزوم الذي يستهدف الربيطة (د) الجسيمات الشحمية الفلورية والجسيمات الشحمية المشحونة. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

كان اكتشاف التثبيت الثابت في عام 1990 أحد التطورات الرئيسية في تطوير الجسيمات الشحمية [17]. يؤدي طلاء الجسيمات الشحمية بالبوليمرات المحبة للماء مثل البولي إيثيلين جلايكول (PEG) إلى تغيير خصائص سطحها [41]. تُعرَّف تركيبات الجسيمات الشحمية المكونة من الدهون الفسفورية والكول و PEG على أنها "الجسيمات الشحمية المستقرة جسيمًا" (SSLs) ، وتسمى أيضًا الجسيمات الشحمية "الشبحية" ، أو الجسيمات الشحمية المقيدة (الشكل 8)ب) [31،42]. من المعروف أن سلاسل PEG المطعمة على أغشية دهنية تعمل مثل السلاسل البوليمرية المطعمة على الأسطح الصلبة ، وتمتد إلى فرش ذات كثافة سطحية متزايدة. بناءً على هذا المفهوم ، يُعتقد أن السطح PEGylated يوفر حاجزًا فاصلًا يمنع امتصاص البروتينات على سطح الجسيم الشحمي [31،42]. تم وصف العديد من تركيبات SSL للتوصيل الجهازي للعوامل النشطة بيولوجيًا [25]. ومع ذلك ، كشف هذا التعديل السطحي عن بعض القيود بسبب تدهوره تحت الضغط الميكانيكي نتيجة لبنيته الأثيرية وعدم قابليته للتحلل الحيوي ، فضلاً عن التراكم المحتمل الناتج في الجسم [43]. في البداية ، كان يعتقد أن SSLs يمكن أن تكون غير مناعية ، ولكن يمكن استنباط استجابة مناعية بعد الإدارات اللاحقة للجسيمات الشحمية PEGylated ، مما يؤدي إلى إزالة الدم بسرعة أو آثار جانبية غير مرغوب فيها [25 ، 44]. لذلك ، يجب تصميم SSLs بطريقة تتغلب على تلك القيود المرتبطة بـ PEG ، والتي تؤثر بشكل أساسي على نصف عمر الدورة الدموية والتوافر البيولوجي داخل الخلايا [25،43،45]. تم اقتراح مجموعة متنوعة من البوليمرات الاصطناعية والطبيعية مثل بولي (الأحماض الأمينية) والهيبارين والديكستران والشيتوزان لتحل محل PEG [43].

لا يزال التسليم الفعال للعوامل النشطة بيولوجيًا نحو الخلايا المستهدفة يمثل تحديًا هائلاً. واحدة من أكثر الاستراتيجيات الواعدة تتضمن الارتباط التساهمي ليجند في أقصى سلاسل PEG المطعمة على سطح الجسيم الشحمي ، والذي يهدف إلى التفاعل مع المستضدات أو المستقبلات التي يتم التعبير عنها بشكل مفرط على سطح الخلايا المستهدفة [46 ، 47]. الأجسام المضادة وشظايا الأجسام المضادة هي الشقوق / الروابط الأكثر استخدامًا نظرًا للخصوصية العالية لمولدات المضادات المستهدفة [28]. وقد أدى ذلك إلى ظهور فئة جديدة من ناقلات النانو تسمى الجسيمات الشحمية المستهدفة ليجند [48،49]. يمكن أن يتم اقتران الأجسام المضادة مباشرة إما إلى الطبقة الدهنية الثنائية للجسيمات الشحمية في وجود أو عدم وجود سلاسل PEG أو إلى النهاية البعيدة لسلسلة PEG (الشكل 8ج). يتم مسح الجسيمات الشحمية السابقة المستهدفة بالأجسام المضادة بسرعة من الدورة الدموية ، مما يحد من في الجسم الحي التوزيع الحيوي. يمكن استخدام PEG في النهاية للتغلب على هذا القيد. ومع ذلك ، عندما يتم إرفاق الأجسام المضادة على سطح الجسيمات الشحمية ، قد يتم إخفاء ارتباط مولد الضد الخاص بها من خلال وجود PEG في نفس الجسيم الشحمي ، خاصة عند استخدام جزيئات PEG ذات السلسلة الأطول. وهكذا ، فإن الإستراتيجية الأخيرة ، اقتران الروابط بنهاية جزيئات PEG المغروسة في سطح الجسيم الشحمي ، هي الأكثر استخدامًا [17]. الجسيمات الشحمية لحصان طروادة هي ناقلات دماغية تشمل الببتيدات الذاتية ، والبروتينات المعدلة والأجسام المضادة أحادية النسيلة المحاكية للببتيد [49]. تستهدف هذه الجسيمات الشحمية مستقبلات / أنظمة نقل محددة من البطانة الشعرية للدماغ وتخضع لعملية انتقال خلوي بوساطة المستقبلات من خلال الحاجز الدموي الدماغي.

تستخدم الدهون الفلورية أيضًا في تركيبات الجسيمات الشحمية (الشكل 8د). تم تصنيع الجسيمات الشحمية الحاملة للفلوروفورات المغلفة كعلامات فلورية جديدة لمحات تدفق الصورة في الهياكل المصغرة [19]. يتم دمج الدهون ذات العلامات الفلورية في طبقة ثنائية الدهون ، ولها الوظيفة التالية: تحفيز اندماج الغشاء السريع ، وتمكين التصوير الفلوري لأغشية الخلايا وعمليات حركة الغشاء [50]. علاوة على ذلك ، يتم أيضًا إضافة الدهون المشحونة سالبة وإيجابية إلى تركيبة الجسيمات الشحمية للمساعدة في تثبيت الجسيمات الشحمية وتجنب التكتل [51].

تمت إزالة الجسيمات الشحمية لـ DSPC / Chol (3: 2) المبثوقة من خلال مرشحات 400 نانومتر أسرع 7.5 مرة من الجسيمات الشحمية المبثوقة من خلال مرشحات 200 نانومتر ، والتي بدورها يتم تنظيفها أسرع بخمس مرات من الحويصلات الصغيرة أحادية الطبقة (ULVs) [52]. تم فحص إزالة الجسيمات الشحمية المحتوية على PEG-PE بأحجام مختلفة (أقل من 70 نانومتر ، 150-200 نانومتر وأكثر من 300 نانومتر) [53]. وقد وجد أن الجسيمات الشحمية الأكبر (أكثر من 300 نانومتر) والجسيمات الشحمية الصغيرة (أقل من 70 نانومتر) تم تطهيرها من الدورة الدموية بسرعة أكبر من الجسيمات الشحمية بحجم 150-200 نانومتر [53]. في دراسة أخرى ، لم تتأثر عملية التصفية بمحتوى الكول في الجسيمات الشحمية [54]. تم تحضير الجسيمات الشحمية ذات التركيبة المختلفة بحجم جسيم يبلغ حوالي 90 نانومتر باستخدام DSPC و Chol و cholesten-5-yloxy-ن- (4 - ((1-imino-2-d -thiogalactosylethyl) amino) بيوتيل) فورماميد (Gal-C4-Chol) ، والمسمى بـ [3 H] كولسترول هيكساديسيل إيثر [55]. تُظهر الجسيمات الشحمية DSPC / Chol / Gal-C4-Chol (60: 35: 5) امتصاصًا كبديًا واسعًا عند مقارنتها بـ DSPC / Chol (60:40) الجسيمات الشحمية [55]. كاواكامي وآخرون. [56،57] صنع مشتقًا من الكوليسترول مانوزيلاتيد (Man-C4-Chol) من أجل نقل الجين بوساطة مستقبلات المانوز إلى البلاعم ، ودرسوا تأثير التركيب الدهني للجسيمات الشحمية الموجبة المانوية على في الجسم الحي تعداء DNA البلازميد (pDNA). أظهر pDNA المركب مع الجسيمات الشحمية Man-C4-Chol نشاط ترنسفكأيشن أعلى من ذلك المركب مع الجسيمات الشحمية الكاتيونية التقليدية باستخدام الضامة البريتونية الفأرية. لذلك ، تم تثبيط كفاءة تعداء pDNA المركب مع الجسيمات الشحمية Man-C4-Chol في وجود مانوز ، مما يشير إلى أن مجمعات pDNA والجسيمات الشحمية الكاتيونية المانعة يتم التعرف عليها وتناولها بواسطة مستقبلات المانوز على البلاعم. تركيبات الجسيمات الشحمية ، Man-C4-Chol (1 / 0.5 / 0.5) ، Man-C4-Chol / DOPE (3/2) و DOTMA / Chol (1/1) ، معقد مع جين لوسيفيراز المشفر pDNA (pCMV-Luc ) عن طريق الحقن في الوريد وداخل البوابة في الفئران. لوحظ أعلى تعبير جيني في الرئة باستخدام الجسيمات الشحمية الموجبة DOPE / Chol مع كلا المسارين. أظهرت مجمعات Man-C4-Chol / DOPE الجسيمية / DNA أعلى تعبير جيني في الكبد بعد الحقن في الوريد وداخل البوابة. أظهر الجسيم الشحمي DOTMA / Chol / Man-C4-Chol أعلى تعبير جيني في الكبد عن طريق الحقن في الوريد ، لكن الحقن داخل البوابة أظهر تعبيرًا عاليًا في الرئة [56،57].

2.3 تصنيف

يمكن تصنيف الجسيمات الشحمية بناءً على طريقة تحضيرها ، بعدد الطبقات الثنائية الموجودة في الحويصلة ، أو حسب حجمها [3]. ومع ذلك ، فإن تصنيف الجسيمات الشحمية حسب عدد الطبقات الثنائية والحجم هو الأكثر استخدامًا ، وليس من خلال طريقة تحضيرها. بناءً على عدد الطبقات الثنائية والحويصلات ، تصنف الجسيمات الشحمية على أنها ULVs (25 نانومتر إلى 1 ميكرومتر) ، أو حويصلات متعددة الصفائح (MLVs ، 0.1-15 ميكرومتر) ، أو حويصلات متعددة الحويصلات (MVVs ، 1.6-10.5 ميكرومتر) . علاوة على ذلك ، بناءً على حجمها ، تُصنف الجسيمات الشحمية أحادية الطبقة على أنها حويصلات كبيرة أحادية الطبقة (LUVs ، 100 نانومتر إلى 1 ميكرومتر) وحويصلات صغيرة أحادية الطبقة (سيارات الدفع الرباعي ، 25-50 نانومتر) (الشكل 9) [18].

الشكل 9. هيكل طبقة ثنائية الدهون وأنواع الجسيمات الشحمية: MLVs ، MVVs ، ULVs. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تصنيف مركبات ULVs على أنها LUVs و SUVs. مقتبس من [18]. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

2.4 طرق التحضير

يمكن العثور على العديد من التقارير حول إنتاج الجسيمات الشحمية في الأدبيات [3،16،37،58-62]. تشمل طرق إنتاج الجسيمات الشحمية الشائعة: ترطيب الأغشية الرقيقة ، التبخر بالطور العكسي ، حقن الإيثانول ، تخفيف البوليول ، التجميد-الذوبان ، المستحلبات المزدوجة ، طريقة البروليبوسوم ، البثق بالضغط الفرنسي ، إزالة المنظفات والتجانس عالي الضغط [12،37،51] . تنتج هذه الطرق عادةً LUVs أو MLVs ، اعتمادًا على الطريقة المحددة. على الرغم من أنه يمكن استخدام كل هذه الطرق لتصنيع الجسيمات الشحمية ، إلا أن ثلاثة منها فقط تستخدم عادةً [63]: ترطيب الغشاء الرقيق ، والتبخر في المرحلة العكسية ، وطريقة حقن الإيثانول ، الموصوفة أدناه. أحد الاهتمامات الرئيسية في تصنيع الجسيمات الشحمية هو السمية المتعلقة بالمذيبات العضوية المستخدمة. تم اقتراح عدة تقنيات لإزالة آثار المنظفات والمذيبات من الجسيمات الشحمية. وتشمل هذه التقنيات الترشيح الهلامي والفراغ والطرد المركزي وغسيل الكلى [51]. تم وصف طريقة جديدة للإنتاج السريع للجسيمات الشحمية دون استخدام أي مواد كيميائية أو عمليات خطرة. تتضمن هذه الطريقة ترطيب مكونات الجسيمات الشحمية في وسط مائي ، ثم تسخين هذه المكونات (حتى 120 درجة مئوية) في وجود الجلسرين (3٪ حجم / حجم) [64،65]. لمزيد من التفاصيل حول هذه الطريقة لتحضير الجسيمات الشحمية ، يتم توجيه القارئ إلى المراجعة في [51].

2.4.1. ترطيب غشاء رقيق

الطريقة الأصلية لـ Bangham هي أبسط طريقة عند مقارنتها بالطرق الأخرى المذكورة أعلاه [16 ، 61]. يتضمن استخدام المذيبات العضوية المتطايرة ، وخاصة الكلوروفورم أو الأثير أو الميثانول ، لإذابة أو إذابة الدهون. يتم ترسيب الدهون كغشاء رقيق على الجدار السفلي لقارورة مستديرة ، بينما يبخر المذيب بواسطة تقنية التبخير الدوراني ، تحت ضغط منخفض أو تيار نيتروجين. يضاف محلول مائي إلى الدهون المترسبة ، مما يتيح لها الترطيب عند درجة حرارة أعلى من تيج للدهون أو من أعلى مكون ذوبان في الخليط [66]. يمكن إنتاج MLVs المختلفة اعتمادًا على وقت الماء ، وطريقة إعادة التعليق ، وتركيز الدهون وتكوينها ، وحجم تعليق المرحلة المائية [12]. عند مقارنة الترطيب بالغشاء الرقيق ، والتبخر في المرحلة العكسية وطرق حقن الإيثانول لتحضير الجسيمات الشحمية الموجبة ، أظهرت النتائج أن الجسيمات الشحمية المحضرة بطريقة الأغشية الرقيقة كانت ذات جودة واستقرار أفضل [63]. تقدم طريقة تحضير الجسيمات الشحمية هذه أيضًا بعض القيود مثل انخفاض قدرة التغليف وصعوبة إنتاج ليبوزومات بحجم النانو. ومع ذلك ، يمكن استخدام صوتنة أو قذف من خلال أغشية البولي للحصول على ULVs [12،18،51].

2.4.2. تبخر الطور العكسي

في هذه الطريقة ، تتكون الجسيمات الشحمية من مستحلبات الماء في الزيت من الفسفوليبيدات والمخزن ، في فائض من الطور العضوي. يتم أولاً إذابة الدهون الفسفورية في مذيبات عضوية لتشكيل فيلم ، ثم تتم إزالة المذيبات عن طريق التبخر. يُعاد تعليق الغشاء الرقيق في ثنائي إيثيل إيثر ، متبوعًا بإضافة الماء. ثم يتم صوتنة المستحضر خلال فترة زمنية وجيزة ، مكونًا مستحلبًا متجانسًا. تتم إزالة المذيبات العضوية تحت ضغط منخفض عن طريق التبخر الدوراني المستمر ، مما يؤدي إلى تكوين طور وسيط لزج شبيه بالهلام يتميز بتشتت LUV. يمكن لهذه الطريقة تغليف الجزيئات الكبيرة ، بكفاءة تغليف عالية (EE) (20-68٪).يتمثل العيب الرئيسي لهذه الطريقة في تعرض المادة المراد تغليفها بالمذيبات العضوية وظروف الصوتنة ، والتي قد تؤدي إلى تمسخ الجزيئات الحساسة [12،66].

2.4.3. حقن الإيثانول

في هذه الطريقة ، يتم حقن الدهون المذابة في الإيثانول بسرعة في محلول منظم ، حيث تشكل تلقائيًا سيارات الدفع الرباعي ، بقطر 30 نانومتر [67]. ومع ذلك ، يمكن زيادة حجم الجسيمات الشحمية عن طريق زيادة تركيز الدهون [66]. تتميز طريقة تحضير الجسيمات الشحمية هذه بتجنب المعالجة الكيميائية أو الفيزيائية للدهون. ومع ذلك ، فإن تركيز الحويصلات المنتجة منخفض وينطوي على خطوة إضافية لإزالة الإيثانول [12].

2.5 تقنيات توصيف الجسيمات الشحمية

طرق توصيف الجسيمات الشحمية بعد الإنتاج وعند التخزين مطلوبة من أجل مراقبة الجودة الكافية [3]. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الخصائص الكيميائية والفيزيائية للجسيمات الشحمية في المختبر و في الجسم الحي يمكن توقع السلوك [31،68،69]. تشمل الخصائص الرئيسية المستخدمة لوصف الجسيمات الشحمية متوسط ​​القطر ومؤشر التشتت المتعدد ، ونسبة EE ، ونسبة الدهون الفسفورية إلى تركيز الدواء وتحديد الصفيحة [69]. يعد متوسط ​​حجم وحجم توزيع الجسيمات الشحمية معلمات مهمة خاصة عندما تكون الجسيمات الشحمية مخصصة للاستخدام العلاجي عن طريق الاستنشاق أو الطرق الوريدية [69]. على سبيل المثال ، يمكن أن تمر الجسيمات الشحمية الصغيرة عبر نوافذ أشباه الجيوب الكبدية ويمكن أن تنتشر في الجسم لفترات طويلة. على العكس من ذلك ، يتم مسح الجسيمات الشحمية الكبيرة بسرعة بواسطة الضامة [31]. لذلك ، فإن التطبيق العلاجي المحتمل لجسيم شحمي معين يتأثر بشدة بمتوسط ​​حجمه ، وبالتالي بالتفاعلات المحتملة بين الخلايا الشحمية في مواقع العمل المستهدفة.

يسرد الجدول 2 بعض التقنيات المستخدمة لتوصيف الجسيمات الشحمية جسديًا ، من حيث توزيع الحجم وإمكانات زيتا. تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، الذي يشار إليه أحيانًا باسم التحليل الطيفي لارتباط الفوتون أو تشتت الضوء شبه المرن ، هو تقنية تمكن من قياس حجم الجسيمات في نطاق الميكرومتر الفرعي [72]. عادة ، يتم أخذ قياسات حجم الجسيمات بين 2 و 5 دقائق ، مما يسمح بتصنيف DLS على أنها تقنية سريعة. للمضي قدمًا في تحليل DLS ، يتم تعليق الجسيمات (حتى عشرات الآلاف) في محلول وإضاءة بالضوء حتى تقوم الجسيمات بتشتيت الضوء في مؤشر انكسار معين ، يختلف عن ذلك الخاص بالمذيب المعلق [3]. لذلك ، يتم قياس الجسيمات الشحمية في حالتها الطبيعية ، دون الحاجة إلى الجفاف أو التلوين.

الجدول 2. تقنيات التوصيف الفيزيائي للجسيمات الشحمية.

يمكن للتقنيات المجهرية مثل الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM) ، والفحص البيئي المجهري الإلكتروني (ESEM) ، والمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) والفحص المجهري بالليزر متحد البؤر (CLSM) تقديم مزيد من المعلومات حول الهياكل النانوية للجسيمات الشحمية. يمكنهم توفير معلومات تتعلق بالشكل والتشكل (أي بواسطة AFM و TEM) والأبعاد (بواسطة AFM و ESEM و TEM و CLSM) وخصائص السطح (فقط بواسطة AFM) والبنية الداخلية (فقط بواسطة CLSM) [70]. عند مقارنة كل هذه التقنيات القائمة على الفحص المجهري ، يتطلب الفحص المجهري الإلكتروني (مثل ESEM أو TEM) تقنية كسر التجميد المتخصصة ، والتي تكون عرضة لإدخال التشويه والقطع الأثرية من تحضير العينة ، والحاجة إلى الحصول على مئات الصور من أجل توفير إحصاءات قابلة للمقارنة ، وتشكل تقنيات تستغرق وقتًا طويلاً [69].

تُستخدم إمكانات زيتا (ζ) لقياس شدة التفاعل الكهروستاتيكي المثير للاشمئزاز بين الجسيمات الغروية المشحونة بشكل طبيعي [73]. في الواقع ، تُستخدم قياسات جهد زيتا بشكل شائع للتنبؤ باستقرار الأنظمة الغروية. إذا كانت جميع الجسيمات في المعلق لها إمكانات زيتية سالبة أو موجبة كبيرة ، فسوف تميل إلى صد بعضها البعض ، وبالتالي ، لن يكون هناك ميل للتجمع. بشكل نموذجي ، تعتبر الجسيمات ذات إمكانات زيتا أكثر إيجابية من +30 مللي فولت أو أكثر سالبة من -30 مللي فولت مستقرة [69]. ومع ذلك ، إذا كانت للجسيمات قيم جهد زيتا منخفضة ، فلن تكون هناك قوة لمنع الجسيمات من التلبد [69].

يعتبر الرحلان الكهربائي للدوبلر بالليزر (LDE) هو الأسلوب الأكثر استخدامًا لقياس إمكانات زيتا. في هذه التقنية ، يتم استخدام الليزر لتوفير مصدر ضوء ، وإضاءة الجسيمات داخل العينات. يمر شعاع الليزر الساقط عبر مركز خلية العينة ويتشتت الضوء بزاوية محددة يتم الكشف عنها. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي على الخلية ، فإن أي جسيمات تتحرك خلال حجم القياس ستؤدي إلى تذبذب الضوء المكتشف بتردد يتناسب مع سرعة الجسيم. يتم تمرير هذه المعلومات إلى معالج إشارة رقمي ، ثم يتم حساب إمكانات زيتا [69]. تم استخدام هذه التقنية للتحقيق في كيفية تغير حجم الجسيمات كدالة لأي معلمة للتحضير. يتم استخدامه لمراقبة تأثير التغييرات المتوسطة ، على سبيل المثال الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة وخافض التوتر السطحي ومصل الدم وامتصاص البروتينات وتطوير تركيبات تقاوم التراكم / التلبد. كما أنه يتيح قياس سماكة الطلاءات على سطح الجسيمات الشحمية. لقد تم استخدامه على نطاق واسع للتنبؤ بفعالية طلاء الجسيمات الشحمية ضد التظليل في الجسم الحي [74]. علاوة على ذلك ، فإنه يعطي معلومات حول ما إذا كان العامل النشط المستخدم مغلفًا أو ممتزًا على سطح الجسيمات الشحمية. على سبيل المثال ، يمكن للمرء الحصول على معلومات حول تفاعلات الحمض النووي مع الجسيمات الشحمية وتفاعلات الحمض النووي والببتيد وتكثيف الحمض النووي أثناء تغليف الدهون ، وتتبع التغيرات في حجم معقدات الجسيمات الشحمية الدوائية [74-76]. ومع ذلك ، هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على إمكانات زيتا ، مثل درجة الحموضة والتوصيلية وتركيز مكون التركيبة.

2.6. قيود الجسيمات الشحمية

تم استخدام الجسيمات الشحمية على نطاق واسع كناقلات لتغليف وحماية العوامل النشطة بيولوجيًا من البيئات المحيطة. في الواقع ، كانت منتجات الأدوية الدهنية هي النوع الأول من الجسيمات النانوية العلاجية التي يتم طرحها في السوق [77]. على سبيل المثال ، تمت الموافقة على Doxil ، وهو دهون شحمية محملة بالدوكسوروبيسين ، من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في عام 1995 لعلاج ساركوما كابوزي [77]. على الرغم من التطبيق السريري الناجح ومزايا حامل هذا الدواء ، إلا أن الجسيمات الشحمية تعاني أيضًا من قيود ، ألا وهي ثباتها المنخفض ، وقابلية ذوبان منخفضة ، وعمر نصف دائري قصير ، وقابلية لأكسدة الدهون والتحلل المائي ، والتسرب والاندماج ، والتكاثر ، وصعوبات في التوسع ، ارتفاع تكاليف الإنتاج وقضايا التعقيم [62،78].

الاستقرار هو الشاغل الرئيسي في جميع خطوات إنتاج الجسيمات الشحمية وتخزينها وإدارتها ، ويشمل فحص: (1) الاستقرار الكيميائي للدهون (2) الحفاظ على حجم الحويصلة وهيكلها (3) الاحتفاظ بالمحتويات المحاصرة و (4) تأثير السوائل البيولوجية على خصائص سلامة ونفاذية الجسيمات الشحمية [66]. يعد الاستقرار الكيميائي والفيزيائي من العوامل المهمة التي تؤثر على الأداء البيولوجي للجسيمات الشحمية [12]. يرتبط الاستقرار المادي للجسيمات الشحمية بشكل أساسي بالتجمع / التكتل المحتمل ، والاندماج وتسرب محتواها إلى البيئة المحيطة [31]. الجسيمات الشحمية المخزنة في ظروف معقمة ، في محلول ملحي مخزّن بالفوسفات تحت النيتروجين ، يمكن أن تحتفظ بعاملها النشط بيولوجيًا المحبوس لفترات طويلة من الزمن. & gt SUV) ، ودرجة الحرارة (على سبيل المثال 4 درجات مئوية و 25 درجة مئوية و 35 درجة مئوية) وتركيب الدهون (أي الدهون الفسفورية المشبعة و GT. يمكن أن تعاني الدهون من الأكسدة الذاتية ، والتي تحدث عادة بسبب الضوء أو أيونات المعادن أو درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي التحلل المائي للفوسفوليبيدات إلى أحماض دهنية و1 و 2-أسيل-ليسوفوسفوليبيد إلى إنتاج مركبات فوسفور الجلسرين ويسبب تدهورًا كيميائيًا للجسيمات الشحمية أثناء التخزين [79]. تستخدم مضادات الأكسدة والعوامل المعقدة (مثل EDTA) والجو الخامل (مثل النيتروجين) بشكل شائع لتجنب التحلل المائي للفوسفوليبيدات. الطرق الأخرى للتغلب على المشاكل المتعلقة بالتحلل الكيميائي للجسيمات الشحمية هي تخزينها في حالة جافة (أي التجفيف بالتجميد) ، باستخدام مادة واقية من التجمد. على سبيل المثال ، إضافة تريهالوز ، الذي يحل محل الماء أثناء التجفيف بالتجميد ، فعال في منع تلف الانصهار والجفاف في حويصلات الفسفوليبيد [80].

في البداية ، كان من المفترض أنه ، نظرًا لأن الجسيمات الشحمية تتكون أساسًا من الدهون الطبيعية مثل PC ، فإنها ستتجنب إزالة نظام البلعمة وحيدة النواة ولن يتم التعرف عليها كمستضد. ومع ذلك ، فقد تم إدراك أن الجسيمات الشحمية سوف تتراكم في أعضاء مثل الكبد والطحال ، ويتم تطهيرها بواسطة الضامة (جهاز المناعة) ، وكان التصفية مرتبطًا بتكوين وحجم الجسيمات الشحمية [31]. لذلك ، يمكن أن تكون هذه ميزة عندما تكون تلك الأعضاء أو مجموعات الخلايا هي الهدف المقصود [36]. ومع ذلك ، عندما تكون أعضاء ومجموعات الخلايا الأخرى هي الهدف ، فإن هذا يمثل عقبة رئيسية. منذ هذا الاكتشاف ، كان الهدف هو تصميم تركيبات جديدة للجسيم الشحمي لتجاوز الجهاز المناعي. لذلك ، يجب أن تؤخذ الظروف الفسيولوجية للجسم في الاعتبار عند تصميم تركيبة شحمية لخلية معينة أو هدف عضو عندما يتم حقن الجسيمات الشحمية عن طريق الوريد [29].

يوجد حاليًا العديد من الطرق المتاحة للإنتاج على نطاق المختبر (§2.4) ، ولكن لا يتوفر سوى عدد قليل من تقنيات التصنيع على نطاق واسع [62]. يتضمن تصنيع الجسيمات الشحمية العديد من عمليات الوحدات التي ليس من السهل رفعها إلى مستويات الإنتاج التجاري [78]. لذلك ، فإن جميع تقنيات التصنيع واسعة النطاق لها قيود خطيرة من حيث حبس الجزيئات الحساسة ، والتعرض للإجهاد الميكانيكي و / أو الكيميائي ، ودرجة الحرارة وظروف التعقيم. يمكن الاطلاع على مراجعة مفصلة لتكنولوجيا الجسيمات الشحمية التي تهدف إلى الإنتاج على نطاق صناعي في [62]. حاليًا ، لا يوجد إجماع ثابت بشأن طرق تصنيع الجسيمات الشحمية. تتطلب أنظمة الاستخراج بالمذيبات استثمارات كبيرة وهي مكلفة للغاية لتشغيلها وصيانتها. الطريقة الأكثر استخدامًا لتحقيق العقم للمنتجات الصيدلانية هي الترشيح المعقم باستخدام غشاء بولي كربونات [78]. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها عيوب ، على سبيل المثال ، يجب إجراؤها في ظل ظروف معقمة ، وهي مكلفة نسبيًا لأنها تعمل تحت ضغط عالٍ ، وتستغرق وقتًا طويلاً وليست فعالة في إزالة الفيروس [78].

3. تسليم العامل النشط بيولوجيا

3.1. تحميل الجسيمات الشحمية بالعوامل النشطة بيولوجيا

المزايا الرئيسية للجسيمات الشحمية كنظام توصيل عامل حيوي هي: (1) لديها بنية متعددة الاستخدامات يمكن تصميمها لكل تطبيق (2) يمكنها استيعاب أي نوع من العوامل النشطة بيولوجيًا إما في مقصورتها الداخلية (أي الجزيئات المحبة للماء) أو داخل الطبقة الدهنية الثنائية (أي الجزيئات المحبة للدهون) أو كليهما (جزيئات amphiphilic) (3) تحدد خصائص مقياس النانو قابلية الذوبان والانتشار والتوزيع الحيوي والمصير البيولوجي (4) فهي قليلة السمية وغير مناعية وقابلة للتحلل الحيوي بالكامل (v) فهي مرنة للارتباط مع الروابط الخاصة بالموقع لتحقيق الاستهداف النشط و (6) أنها تزيد من الفعالية والفهرس العلاجي للعوامل النشطة بيولوجيًا [12 ، 37]. لذلك ، فإن الاحتفاظ بالعوامل النشطة بيولوجيًا داخل الجسيمات الشحمية مهم بشكل خاص ، ليس فقط أثناء التخزين ولكن أيضًا أثناء في الجسم الحي الإدارة [17].

يقترن تجميع الدهون الفسفورية في بنية ثنائية الطبقة مميهة باحتباس جزء من الوسط المائي داخل الطبقة الثنائية المغلقة المستمرة. لذلك ، قد يبدو أن تغليف العوامل النشطة بيولوجيًا في الجسيمات الشحمية يجب أن يكون عملية تافهة. ومع ذلك ، هناك بعض القيود على تغليف الجزيئات في الجسيمات الشحمية ، مثل نوع العامل النشط بيولوجيًا (أي الوزن الجزيئي والخصائص الكيميائية) ، والجسيم الشحمي (أي الحجم وتركيب الدهون) وطريقة التصنيع. يعد اختيار العوامل النشطة بيولوجيًا ذات الخصائص الفيزيائية التي تجعلها عرضة للاحتفاظ بالجسيمات الشحمية طريقة أخرى للتحكم في معدل التحميل والإفراج [17]. هناك طريقتان لتغليف العوامل النشطة بيولوجيًا في الجسيمات الشحمية: بشكل سلبي ، عندما يتم تغليف العامل النشط بيولوجيًا أثناء تكوين الجسيم الشحمي أو بشكل نشط ، عندما يتم تغليف العامل النشط بيولوجيًا بعد تكوين الجسيمات الشحمية [37]. ميزة التغليف النشط هي أن تحميل العامل النشط بيولوجيًا يمكن إجراؤه بشكل مستقل عن وقت وموقع إنتاج الجسيم الشحمي [3،17]. ومع ذلك ، لا يمكن تطبيقها إلا على عدد صغير من العوامل النشطة بيولوجيًا ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحددة [12].

تحميل الدفع (PL) و EE هما المصطلحان المستخدمان لتحديد كمية العامل النشط بيولوجيًا المدمج في الجسيمات الشحمية. PL هو العامل النشط بيولوجيًا - نسبة الدهون (مول مول 1) و EE هو PL في الصيغة الجسيمية النهائية مقارنة مع PL الأولي المستخدم لتحضير الجسيمات الشحمية. في بعض الأحيان ، يتم استخدام EE للإشارة إلى النسبة المئوية للعامل النشط بيولوجيًا المغلف فيما يتعلق بكمية العامل النشط بيولوجيًا المقدم للتغليف أثناء تحضير الجسيمات الشحمية ، ولكن لا يتم تحديد كمية الدهون. طريقة القياس الكمي هذه مضللة ، لأنها تعتمد بشكل كبير على الكمية الأولية للعامل النشط بيولوجيًا المقدم لكمية دهنية معينة [12] (الشكل 10).

الشكل 10. تمثيل تغليف المخدرات محبة للماء ومحبة للدهون في الجسيم الشحمي. يتم تغليف الدواء المحب للماء في اللب الداخلي للجسيم الشحمي. يتم تغليف الدواء المحب للدهون في طبقة ثنائية الدهون. يتنافس الكول والعقار المحبة للدهون على نفس المساحة في طبقة ثنائية الدهون. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

3.1.1. العوامل النشطة بيولوجيا المحبة للماء

يتم إذابة هذه في المرحلة المائية الخارجية ، أثناء تحضير الجسيمات الشحمية ، وتصبح محاصرة داخل الحيز الداخلي للجسيم الشحمي بعد تبخر المذيب [81]. ترطيب الأغشية الرقيقة هو أبسط طريقة لتغليف العوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للماء. يصبح التغليف أكثر صعوبة وغير فعال مع زيادة حجم العامل النشط بيولوجيًا ، على سبيل المثال البلازميدات الكبيرة [36]. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نسبة EE والعامل النشط بيولوجيًا إلى الدهون (أي PL) التي تم تحقيقها عن طريق ترطيب الأغشية الرقيقة منخفضة [36]. تعتمد النسبة المئوية لتغليف العامل النشط بيولوجيًا المحبة للماء على حجم الجسيمات الشحمية: MLVs & gt LUVs & gt SUVs [82]. أيضًا ، تؤثر شحنة الجسيمات الشحمية على انحباس العامل النشط بيولوجيًا المحبة للماء: الجسيمات الشحمية المشحونة إيجابًا و GT سالبة الشحنة و الجسيمات الشحمية المحايدة [83]. أظهر تحضير الجسيمات الشحمية باستخدام الدهون الفسفورية غير المشبعة (مثل DOPC) كفاءة EE أعلى من تلك الجسيمات الشحمية باستخدام الدهون الفسفورية المشبعة (مثل DPPC) [84]. كان EE أكثر اعتمادًا على عدد الروابط غير المشبعة منه على طول سلسلة الألكيل لجزيء الفسفوليبيد [84].

لتحسين كفاءة الطاقة للعوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للماء ، من الضروري استخدام طرق مختلفة لتحضير الجسيمات الشحمية ، مثل التبخر في المرحلة العكسية ، والجفاف ، وإماهة الجسيمات الشحمية الفارغة ، ودورة التجميد والذوبان [36]. هناك استراتيجيات أخرى لزيادة كفاءة الطاقة للعوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للماء إلى الجسيمات الشحمية: عن طريق تغيير الأس الهيدروجيني والأيونات وإنشاء تدرجات كبريتات الأمونيوم (تسمى أيضًا التحميل النشط) [3 ، 17 ، 85]. يعتمد تطوير هذه الاستراتيجيات لتحسين التغليف والاحتفاظ بالعوامل النشطة بيولوجيًا في الجسيمات الشحمية على دراسات تجريبية تهدف إلى فهم العوامل الجزيئية التي تحكم خصائص الحاجز [85]. على سبيل المثال ، يمكن للعوامل النشطة بيولوجيًا التي تعتبر قاعدة / حمض ضعيف أن تنتشر عبر الغشاء الدهني وتتراكم في الحيز الداخلي للجسيم الشحمي [85،86]. يختلف نهج تدرج كبريتات الأمونيوم عن معظم الأساليب الكيميائية الأخرى لأنه لا يتطلب الجسيمات الشحمية ذات الجزء الداخلي الحمضي أو الطور القلوي الإضافي للجسيم الشحمي [86]. تم استخدام هذا النهج لتغليف العوامل النشطة بيولوجيًا داخل الجسيمات الشحمية بكفاءة عالية (أكثر من 90٪) [86]. علاوة على ذلك ، لحل مشكلة تثبيت العوامل النشطة بيولوجيًا ، يمكن للمرء أن يزيد من صلابة غشاء الجسيمات الشحمية ، مع تقليل ميلها للتجمع عن طريق الاختيار الصحيح لمكونات الدهون الشحمية [12]. قد يكون استخدام طلاء بوليمري رقيق مصنوع من الكيتوزان أو الجينات استراتيجية لزيادة ثبات العوامل النشطة بيولوجيًا في الجسيمات الشحمية [87-89]. ومع ذلك ، قد تزيد الطلاءات البوليمرية من حجم الجسيمات الشحمية وقد تتفاعل أيضًا مع طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. هناك إستراتيجية أخرى تتمثل في الربط التساهمي بين الطبقات الثنائية الدهنية. على سبيل المثال ، يمكن أن تقلل MLVs المتشابكة السمية الجهازية وتحسن الفعالية العلاجية [90].

3.1.2. العوامل النشطة بيولوجيا المحبة للدهون

من أجل تعظيم ارتباط العوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للدهون مع الجسيمات الشحمية ، فإن الممارسة الأكثر شيوعًا هي خلط الدهون مع العامل النشط بيولوجيًا المحب للدهون وتبخر المذيب لتشكيل طبقة رقيقة من الدهون. يتم إعادة ترطيب هذا الخليط في المخزن المؤقت ويتم فصل العامل النشط بيولوجيًا المرتبط بالجسيمات الشحمية عن العامل النشط بيولوجيًا الحر [66]. يعتمد تفاعل هذه العوامل النشطة بيولوجيًا داخل الطبقة الدهنية الثنائية على كمية وبنية العامل النشط بيولوجيًا المحب للدهون ، مما يؤدي إلى تغييرات في خصائص الحويصلة مثل النفاذية والحجم والاستقرار للطبقة الثنائية [91]. يتناقص تغليف العوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للدهون مع زيادة طول سلسلة الدهون ، وقد يزعزع استقرار الجسيمات الشحمية [92]. على العكس من ذلك ، فإن إضافة الكوليسترول يزيد من صلابة وثبات أغشية الجسيمات الشحمية ، كما ورد في قسم "خصائص الجسيمات الشحمية". ومع ذلك ، إذا كان العامل النشط بيولوجيًا محبًا للدهون ، فقد يتم إزاحته عن طريق إضافة الكول في طبقة ثنائية الدهون. لذلك ، يقلل وجود الكول من تغليف العوامل النشطة بيولوجيًا المحبة للدهون [٩١ ، ٩٢]. تم اقتراح نظام لتعزيز كفاءة الطاقة للعوامل النشطة بيولوجيا المحبة للدهون [93]. يتكون هذا من الجمع بين الجسيمات الشحمية ومجمعات العامل النشط بيولوجيًا سيكلودكسترين عن طريق تكوين عامل نشط بيولوجيًا في سيكلودكسترين في ليبوزومات [93]. السيكلودكسترين هي مادة مسعورة من الداخل ومحبة للماء من الخارج ، وتشكل تجويفًا ، وتذوب السكريات قليلة الذوبان في الماء ويمكن أن تستوعب العوامل النشطة بيولوجيًا غير القابلة للذوبان في الماء في تجاويفها ، مما يزيد من قابليتها للذوبان في الماء. لذلك ، فإن المركب النشط بيولوجيًا القابل للذوبان في الماء - مركب سيكلودكسترين يمكن تغليفه داخل الأجزاء المائية للجسيمات الشحمية. تم تحقيق كفاءة EE تبلغ 32.3 ± 11.9٪ ل dehydroepiandrosterone و 31.9 ± 11.8٪ لـ hydroxypropyl-β-cyclodextrin باستخدام هذه الطريقة [12،93].

3.2 إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية

هناك مشكلة أخرى مهمة عند تصميم الجسيمات الشحمية كناقلات للعوامل النشطة بيولوجيًا وهي التحكم في إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا ، والتي قد تملي سلامتها العلاجية وفعاليتها.تتأثر حركية الإطلاق بطبيعة العامل النشط بيولوجيًا ، وتركيب الجسيمات الشحمية ، وطريقة التغليف (أي السلبي أو النشط) والتطبيق المقصود [12،94]. لفهم إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية ، علينا أن نفهم بنية الجسيم الشحمي والتفاعلات المحتملة بين العامل النشط بيولوجيًا والطبقة الدهنية الثنائية والبيئة المحيطة. على سبيل المثال ، يكون تغليف الديكساميثازون (Dex) أعلى في الليبوزومات DSPC منه في الجسيمات الشحمية للكمبيوتر الشخصي ، ويتم إزاحة Dex من الجسيمات الشحمية مع زيادة محتوى الكولي في أغشية الجسيمات [55،91]. أيضًا ، أظهرت دراسة الإطلاق الحركي التي أجريت في المخزن المؤقت أو وسيط المصل أن إطلاق Dex كان ناتجًا عن تخفيف الجسيم الشحمي [91]. في دراسة أخرى ، تم إجراء ملف تحرير Dex من الجسيمات الشحمية المغلفة بـ DSPE-PEG في محلول ملحي مخزّن بالفوسفات باستخدام أنابيب غسيل الكلى لمدة 21 يومًا [55]. أظهر ملف تعريف إطلاق Dex إطلاقًا أوليًا للدفقات خلال 12 ساعة. بعد الإصدار الأولي ، لوحظ إطلاق أبطأ حتى اليوم السادس. بعد ذلك ، استمر إطلاق Dex بمعدل أبطأ ولكن ثابت حتى اليوم 21 [55].

تميل العوامل النشطة بيولوجيًا (أي الجزيئات أو الأيونات) المغلفة في الجسيمات الشحمية إلى الانتقال تلقائيًا إلى البيئة الخارجية للطبقة الدهنية الثنائية. تُعرف حركة الجزيئات والأيونات التي تنتج عن طاقتها الحركية بالانتشار [14]. لذلك ، يميل العامل النشط بيولوجيًا إلى الانتقال من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة تركيز منخفض. تعتمد هذه العملية على نوع العامل النشط بيولوجيًا وتكوين الدهون [15،36،39]. على سبيل المثال ، عندما يكون التركيز الأولي لـ Ca 2+ مرتفعًا داخل الجسيم الشحمي ، ولكنه منخفض بالخارج ، يتم تسخينه إلى تيج يؤدي إلى الانتشار الفوري لـ Ca 2+ في الوسط [15،39]. لذلك ، مع ارتفاع نسبة الدهون الفسفورية تيج قد يقلل من انتشار الأيونات والجزيئات ذات الوزن الجزيئي المنخفض. تم التحقيق في تأثير التركيب الشحمي على إطلاق الإيبوبروفين [95]. دهن سلسلة الألكيل الطويلة المُحسَّن إيبوبروفين EE والاحتفاظ به عند 37 درجة مئوية: ديلينوسيرويل فوسفاتيديل كولين (C24PC) و GT DSPC و GT DMPC و GT PC. بعد 30 دقيقة من الحضانة ، أطلقت الجسيمات الشحمية للكمبيوتر 15.5 ٪ من حمل الأيبوبروفين مقارنة بـ 1.5 ٪ لـ C24كانت الجسيمات الشحمية للكمبيوتر الشخصي والاختلافات الرئيسية في الإطلاق واضحة بعد 24 ساعة من الحضانة [95]. عند 37 درجة مئوية ، كلا الجهازين (تيج & lt 0 درجة مئوية) و DMPC (تيج = 23 درجة مئوية) كانت الجسيمات الشحمية في حالة السوائل مما أدى إلى زيادة كمية الدواء التي تم إطلاقها مقارنة بالدهون الانتقالية ذات درجة الحرارة العالية DSPC (تيج = 55 درجة مئوية) و C.24الكمبيوتر (تيج = 80 درجة مئوية). لذلك ، سي24أطلقت الجسيمات الشحمية للكمبيوتر الشخصي إيبوبروفين أقل من الجسيمات الشحمية DSPC على الرغم من أن كلا النظامين في مرحلة الهلام المطلوبة. يمكن تفسير هذا السلوك من خلال زيادة تفاعلات van der Waals بين سلاسل الدهون الأطول ومنطقة طور الدهون المتزايدة داخل الجسيمات الشحمية التي تعزز ارتباط الدواء واستقرار الطبقة الثنائية [95]. علاوة على ذلك ، فإن إدراج الدهون المشحونة في تركيبات الجسيمات الشحمية قد يؤثر على إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا. أدت إضافة 2 مول من أنيوني ثنائي أسيتيل فوسفات الشحوم (DCP) إلى خفض كفاءة الطاقة وزيادة إطلاق الإيبوبروفين (69.0 ± 3.7٪) ، وقد تم تفسير ذلك من خلال قوى التنافر الكهروستاتيكي بين مجموعة الكربوكسيل في الإيبوبروفين ومجموعة الرأس الأنيونية لـ DCP. [95]. أدت إضافة 2 مول من الدهون الكاتيونية ستيريلامين (SA) إلى تركيبة الجسيمات الشحمية (PC: Chol-16 mol: 4 mol) إلى زيادة كفاءة EE بحوالي 8-47٪ وزادت أيضًا من إطلاق الإيبوبروفين (71.2 ± 2.8٪) بالمقارنة مع الكمبيوتر الشخصي: Chol [95]. اقترح المؤلفون أن التجاذب الكهروستاتيكي بين مجموعة الرأس موجبة الشحنة في SA ومجموعة الكربوكسيل الموجودة في الإيبوبروفين المنفصل يبدو أن له تأثير ضئيل على ارتباط الإيبوبروفين مع MLVs. علاوة على ذلك ، أدت إضافة SA إلى تركيبة الجسيمات الشحمية أيضًا إلى انعكاس الشحنة السطحية (بسبب مجموعة الرأس الموجبة لـ SA) وزيادة في حجم الحويصلة بحوالي 0.8 ميكرومتر مقارنةً بالكمبيوتر غير المعدل: صياغة الكولي. قد يكون هذا هو سبب الزيادة في إطلاق الدواء. تشير هذه النتائج إلى أن وجود الدهون المشحونة (أنيوني أو كاتيوني) داخل الطبقة الدهنية الثنائية يزيد من نفاذية الطبقة الدهنية الثنائية وربط الدهن بالدواء.

يعتمد العلاج الناجح باستخدام الجسيمات الشحمية المحملة بعامل حيوي على مسار الإعطاء (على سبيل المثال ، تحت الجلد ، عن طريق الفم و الوريد). تهدف الجسيمات الشحمية التقليدية ، التي تُعطى تحت الجلد ، إلى استهداف الجهاز اللمفاوي للتصوير وتوزيع العوامل العلاجية أو التطعيم [12]. علاوة على ذلك ، يمكن تطوير الجسيمات الشحمية التقليدية للتحايل على النظام الشبكي الإندوبلازمي أو لإخفاء الآثار الجانبية السامة للعوامل النشطة بيولوجيًا [12]. تواجه الجسيمات الشحمية التي تُعطى عن طريق الوريد حواجز مثل البطانة البطانية للأوعية الدموية والحاجز الدموي الدماغي. في تلك الحالات بالذات ، من المهم الاحتفاظ بالعامل النشط بيولوجيًا في الجسيمات الشحمية حتى تصل إلى الموقع المستهدف [36]. إذا تسرب العامل النشط بيولوجيًا من الجسيم الشحمي بمعدل سريع ، فسيتم فقده قبل الوصول إلى موقع التأثير ، ولن يتم الحصول على أي فائدة علاجية. من ناحية أخرى ، إذا تسرب العامل النشط بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية ببطء ، فسيكون قادرًا على الوصول إلى موقع التأثير ، لكن مستويات العامل النشط بيولوجيًا المنطلق لن تصل أبدًا إلى التركيزات العلاجية المرغوبة [36]. انخفاض سلامة الجسيمات الشحمية ، بعد في الجسم الحي قد يؤدي الإعطاء والتلامس مع مكونات الدم إلى إزالة بعض جزيئات الدهون وما يترتب على ذلك من فتح المسام في طبقة ثنائية الجسيمات الشحمية ، والتي من خلالها قد يتسرب العامل النشط بيولوجيًا المحمّل. أيضًا ، قد يؤدي عدم الاستقرار الجسدي للجسيمات الشحمية التي تؤدي إلى التجميع والاندماج إلى إطلاق العامل النشط بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية [36]. على سبيل المثال ، تميل الجسيمات الشحمية المحايدة إلى التراكم وزيادة حجم الجسيمات الشحمية [96].

يعد تفاعل الجسيمات الشحمية مع الخلايا جانبًا مهمًا من فعالية العوامل النشطة بيولوجيًا. في بعض التطبيقات السريرية ، يجب إطلاق العامل النشط بيولوجيًا داخل الخلايا (مثل الخلايا السرطانية) ليكون له تأثير علاجي مفيد. في المختبر و في الجسم الحي أظهرت الدراسات أن التفاعلات الرئيسية للجسيمات الشحمية مع الخلايا هي الامتصاص البسيط (عن طريق تفاعلات محددة مع مكونات سطح الخلية ، أو القوى الكهروستاتيكية ، أو بواسطة قوى غير محددة كارهة للماء) أو بعد الالتقام الخلوي [37]. تم وصف العديد من المحاولات لتنشيط إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا من الجسيمات الشحمية في محيط الخلايا أو داخلها [17،97]. يعتمد الإطلاق النشط على تطوير آليات لزيادة النفاذية أو لزعزعة استقرار الطبقة الدهنية الثنائية بمجرد وصولها إلى الموقع المستهدف. يتم حاليًا فحص مجموعة متنوعة من المحفزات مثل الأس الهيدروجيني [46،98] ودرجة الحرارة [39،99] والموجات فوق الصوتية [100] والمجالات المغناطيسية [101،102] والضوء [103،104] لتحسين الإطلاق المستهدف للعامل النشط بيولوجيًا. على الرغم من أن مفهوم الإطلاق المحفز واعد جدًا ، إلا أنه يجب إجراء المزيد من الدراسات لإثبات تطبيقه على البشر [17].

4. تطبيقات الجسيمات الشحمية في هندسة الأنسجة

في الكائنات الحية ، تعتبر الدهون اللبنات الأساسية ، لأنها تتكون من مجموعة رأس قطبية وواحدة أو أكثر من مناطق الذيل الكارهة للماء وهيكل العمود الفقري الذي يربط بين الاثنين [15]. لذلك ، كان الباحثون يستفيدون من خصائص وتعدد استخدامات الدهون لإيجاد تطبيقات جديدة [12 ، 15]. الجسيمات الشحمية والمذيلات هي الجسيمات النانوية الدهنية الأكثر استخدامًا [105]. يمكن الحصول على هياكل دهنية أخرى مثل هياكل الطور المكعب أو السداسي أو الإسفنج [106]. إنها توفر ميزة الاستقرار ويمكن استخدامها كمواد حيوية جديدة تحاكي الأغشية البيولوجية. يُعتقد أن المواد القائمة على الفسفوليبيد يمكن استخدامها بشكل متزايد كأدوات لمعالجة استجابات الخلايا والأنسجة للمواد الحيوية ، وبالتحديد للإفراج المتحكم فيه عن العوامل النشطة بيولوجيًا والجراحة الترميمية [15].

في الوقت الحاضر ، فإن أكثر التطبيقات المستخدمة سريريًا للعلاج القائم على الجسيمات الشحمية هي في علاج السرطان والالتهابات الفطرية الجهازية [36]. ومع ذلك ، فإن مستقبل الجسيمات الشحمية لا يقتصر على تلك التطبيقات العلاجية. تم استخدام الجسيمات الشحمية ، كونها منصة مرنة للغاية ، في مجالات مختلفة من البحث بما في ذلك إنتاج اللقاحات والتصوير ومستحضرات التجميل و TE [27،36]. هنا ، سوف نركز على الدهون كمادة حيوية ونراجع بعض تطبيقات الجسيمات الشحمية ، بشكل رئيسي في TE والطب التجديدي. من المتوقع أن توفر الجسيمات النانوية العلاجية ، مثل الجسيمات الشحمية ، القدرة على تحسين الفعالية والتأثيرات الجانبية للعوامل النشطة بيولوجيًا الجديدة والحالية بشكل كبير [77]. علاوة على ذلك ، تمت الموافقة بالفعل على العديد من السقالات المهندسة بالأنسجة للاستخدام البشري [27]. لذلك ، فإن الجمع بين الجسيمات الشحمية والسقالات لديه القدرة على الترجمة السريرية في المستقبل القريب.

4.1 الجمع بين الجسيمات الشحمية والسقالات

كان مجال المواد الحيوية يتقدم نحو التصميم النانوي للأنظمة النشطة بيولوجيًا لإطلاق العقاقير أو السقالات ، والتي تهدف إلى استراتيجيات الطب التجديدي والطب TE. يمكن استخدام مزيج الجسيمات النانوية المحملة بالدواء مع السقالات للتحكم المكاني والزمني في إطلاق العوامل النشطة بيولوجيًا ، مما يؤدي إلى توصيل مستدام ومحلي [108]. على مدى السنوات الأخيرة ، كان هناك عدد متزايد من الدراسات التي تهدف إلى توجيه مصير الخلايا الجذعية من خلال إيصال عوامل النمو / التمايز ، أو الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (RNAi). إن تغليف العوامل النشطة بيولوجيًا في جسيمات نانوية مثل الجسيمات الشحمية له مزايا عديدة ، كما هو موضح في قسم "تحميل الجسيمات الشحمية بعوامل نشطة بيولوجيًا". ومع ذلك ، فإن الاستخدام الفردي للجسيمات الشحمية محدود بسبب عدم وجود دعم ميكانيكي ثلاثي الأبعاد مطلوب بشكل متكرر لتعزيز تجديد الأنسجة [107].

يمكن تصنيع العديد من أنواع السقالات من بوليمرات طبيعية و / أو اصطناعية ، باستخدام تقنيات معالجة مختلفة. للحصول على تحليل شامل للموضوع ، يتم توجيه القارئ إلى مراجعات TE scaffolding في [109–112]. يمكن تصميم سقالات TE للتحكم فيزيائيًا وكيميائيًا في نمط إطلاق أي عوامل نشطة بيولوجيًا مدمجة [27]. على وجه الخصوص ، الهلاميات المائية عبارة عن مجموعة من السقالات التي تقدم إمكانات هائلة للتطبيق كمواد حيوية ذكية ومستجيبة للمحفزات [113]. غالبًا ما يكون تسليم العوامل النشطة بيولوجيًا من السقالات لتعزيز التجديد أمرًا صعبًا بسبب عمليات التصنيع المعقدة. على سبيل المثال ، يمكن دمج العوامل النشطة بيولوجيًا في المصفوفة أو تغليفها في ألياف نانوية مجوفة [114]. عندما يتم دمج العامل النشط بيولوجيًا في المصفوفة ، يكون هناك إطلاق انفجار قوي خلال الساعات القليلة الأولى [115]. لذلك ، عندما يتم تغليف العامل النشط بيولوجيًا في ألياف نانوية مجوفة ، يكون هناك تحكم أفضل في ملف تعريف إطلاق العامل النشط بيولوجيًا ، ولكن بعض المضاعفات أثناء تحضير الألياف النانوية لا تسمح بالإنتاج السهل على نطاق واسع [116].

تمت مراجعة توليفة الجسيمات الشحمية مع السقالات بالفعل في مكان آخر [15،27،108،117]. تطمح كل هذه الاستراتيجيات إلى الجمع بين الخصائص المفيدة للجسيمات الشحمية ومصفوفات البوليمر ، بهدف تطوير مواد يمكنها عزل الجسيمات الشحمية والحفاظ عليها في موقع الأنسجة المحلي. كما تم استخدام الجسيمات الشحمية المستجيبة للمحفزات كأجهزة للتحكم في التفاعلات الكيميائية ، مما يؤدي إلى تكوين سريع لمادة حيوية مثل فى الموقع تشكيل المعادن أو البوليمرات أو المواد الحيوية المركبة المعدنية / البوليمرية [15118-121]. هذا يستغل إطلاق المواد المحاصرة من الجسيمات الشحمية عند درجات حرارة قريبة من الدهون تيج (أي حوالي 37 درجة مئوية) (انظر الشكل 7 انظر أيضًا قسم "خصائص الجسيمات الشحمية") [39]. إن بنية الجسيمات الشحمية حساسة للغاية للمذيبات العضوية ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة. لذلك ، تم اقتراح العديد من الطرق لشل حركة الجسيمات الشحمية على سطح السقالة [27122-125]. هناك طريقتان لشل حركة الجسيمات الشحمية على سطح السقالات: (1) التثبيت غير المحدد ، مما يعني أن الجسيمات الشحمية يتم امتصاصها على سطح السقالة ويمكن إزالتها بسهولة أثناء ثقافة الخلية في كل تبادل متوسط ​​(2) التثبيت المحدد ، مما يعني أن الجسيمات الشحمية مرتبطة تساهميًا على سطح السقالة ، مما يزيد من ثباتها. تم استخدام نظام سقالة يستخدم التفاعلات التي تحدث بشكل طبيعي بين الجسيمات الشحمية والفيبرينوجين لتفادي الحاجة إلى الاقتران الكيميائي [126]. لتسهيل امتصاص الجسيمات الشحمية ، تم طلاء أسطح السقالات ببروتينات المصفوفة خارج الخلية المختلفة ، والتي كانت قادرة على نقل عدد أكبر من الخلايا ، وفي نفس الوقت تقليل كمية الحمض النووي المطلوبة [127]. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ عن تعديل كيميائي لشبكات الألياف النانوية المغزولة بالكهرباء (PCL) مما مكن من تثبيت الجسيمات الشحمية المحملة بالنشاط الحيوي على أسطحها [124،125]. لتحقيق ذلك ، تم استخدام الإشعاع الأولي للأوزون فوق البنفسجي لتوليد جذور حرة تفاعلية تعرضت على الفور لتحلل الأمين. تم تفاعل هذه الأسطح المعدلة مع 2IT لتوليد مجموعات قلادة كبريتيد (SH). تم ربط الجسيمات الشحمية المحملة بـ Dexamethasone و pDNA المشفر RUNX2 تساهميًا مع مجموعات SH الموجودة على سطح NFMs الكهربائية المغزولة [124،125]. يتيح توافر وسيلة إطلاق الدواء على سطح NFMs (حيث يحدث الاتصال الخلوي الأولي) إطلاقًا مستدامًا لـ Dex بالقرب من الخلايا في المزرعة ، وبالتالي يزيد من فعاليتها وتوافرها الحيوي [125]. تم استنتاج أن كمية الجسيمات الشحمية المجمدة يتم التحكم فيها بشكل خاص من خلال كمية مجموعات SH المتاحة على سطح الألياف النانوية [124،125]. تتمثل الإستراتيجية الأخرى للجمع بين الليبوزومات والألياف النانوية في استخدام الغزل الكهربائي المحوري. تمكن هذه التقنية من دمج الجسيمات الشحمية في الألياف النانوية [128]. يوضح الجدول 3 تطبيقات الجسيمات الشحمية جنبًا إلى جنب مع السقالات لنهج TE.

الجدول 3. أمثلة على الاستراتيجيات القائمة على الدهون / الجسيمات الشحمية لإطلاق العامل النشط بيولوجيًا في نهج TE والطب التجديدي. محولات الإشارة ومنشطات النسخ (STAT) ، الخلايا الجذعية الوسيطة المشتقة من نخاع العظم البشري (hBMSCs) ، لوسيفيراز (Luc) ، البروتين الفلوري الأخضر المُحسّن (EGFP) ، ترميز β-galactosidase (βGal) ، عامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF) ، البروتين المخلق للعظام البشرية 2 (hBMP-2) ، موقع دخول الريبوسوم الداخلي (IRES) ، البروتين المرتبط بـ Dickkopf 1 (DKK1) ، عامل النمو المحول β1 (TGF) ، عامل النمو الشبيه بالأنسولين 1 (IGF1) ، دوكسوروبيسين (DOX ) ، بروتين ليزوزيم نموذجي (LYZ) ، هيدروكسيباتيت (HA) ، عامل نمو الأعصاب (NGF) ، عامل نمو الخلايا الليفية (FGF) ، عامل التغذية العصبية المشتق من خط الخلايا الدبقية (GDNF) ، مصفوفة تنشيط الجين (GAM).

لا يعتمد تجديد الأنسجة فقط على العامل النشط بيولوجيًا مثل عوامل النمو (GFs) ، ولكن أيضًا على المعلمات المختلفة المرتبطة بعرضه ، بما في ذلك التركيز والتدرجات المكانية والزمانية ، والجمع مع عوامل GF الأخرى ونوع الخلية المستهدفة [151-154 ]. توفر الجسيمات الشحمية النشطة بيولوجيًا المحملة بالعوامل جنبًا إلى جنب مع السقالات فوائد جوهرية مختلفة مثل: (1) التركيز الفعال (2) تدرجات التركيز المستقرة (3) توصيل العوامل النشطة بيولوجيًا المتعددة و (4) الزخرفة المكانية [27]. يمكن أن يكون العامل النشط بيولوجيًا الذي يتم تسليمه بواسطة جهاز الجسيمات الشحمية - سقالة من نوعين: (1) عامل النمو / التمايز ، عن طريق دمج الجسيمات الشحمية المحملة بالعوامل النشطة بيولوجيًا في السقالة و (2) توصيل الحمض النووي ، من خلال دمج الحمض النووي (أو RNAi) إلى الجسيمات الشحمية التي تشفر (أو تسكت) بروتينًا معينًا أو عن طريق توصيل الخلايا ، حيث تعمل الخلايا كمصانع GF. ستتم مناقشة هذه الأنواع من نظام إطلاق العامل الحيوي المحلي في الفقرة 4.2.

4.2 تسليم عامل النمو / التمايز

تتضمن عملية تجديد الأنسجة مجموعات معقدة من العوامل النشطة بيولوجيًا مثل GFs والسيتوكينات والجزيئات الأخرى. GFs هي ببتيدات داخلية المنشأ تعمل من خلال مستقبلات سطح الخلية لتنظيم الأنشطة الخلوية مثل الانتشار والهجرة والتمايز [155]. تعتمد نتائج علاجات GF بشكل أساسي على طريقة توصيلها نظرًا لتخليصها السريع في الجسم الحي [156]. علاوة على ذلك ، فإن أحد التحديات الرئيسية في TE هو العثور على أفضل طريقة للحث على التمايز الصحيح للخلايا الجذعية. حتى الآن ، يعتمد النهج الأكثر شيوعًا على استخدام مزيج من عوامل النمو / التمايز المكملة في وسط الثقافة. على سبيل المثال ، يُضاف البروتين المُشكل للعظام 2 (BMP-2) للحث على التمايز العظمي ، مع تحويل عامل النمو β (TGF-β) لتعزيز التمايز الغضروفي. يجب توفير توليفة مناسبة من جزيئات الإشارة من خلال أنظمة الإطلاق الخاضعة للرقابة من أجل تعزيز النتيجة التجديدية المرغوبة [112،157-159]. لذلك ، يمكن استخدام الجسيمات الشحمية كناقلات للتوصيل المكاني والزماني للـ GFs ، مما يحسن تكاثر الخلايا الجذعية وتمايزها في المختبر [160,161].

تم استخدام الجسيمات الشحمية مع بعض النجاح في نموذج حيواني لإصلاح الغضروف [143]. تم استخدامها كنظم تحرير لـ TGF-β1 على مدى بضعة أسابيع ، لتجنب الآثار الجانبية النموذجية للإعطاء الجهازي ، بسبب حقنها المباشر في تجويف المفصل. علاوة على ذلك ، أدى اقتران الجسيمات الشحمية المحملة بـ TGF-β1 مع سقالة إلى تحسين حركية إطلاقه والفعالية المحلية [143]. أظهرت الجسيمات الشحمية المطلية بالبايفوسفونيت ارتباطًا قويًا بسقالة مركبة من الكولاجين / هيدروكسيباتيت (HA) ، مما يزيد من احتباسها في سقالات الكولاجين / HA بعد زرعها تحت الجلد في الفئران [122]. تمكنت الجسيمات الشحمية المطلية بالبايفوسفونيت من حبس BMP-2 وإيصاله محليًا [122]. أدى تثبيت الجسيمات الشحمية الجنينية المحملة بمصل المصل في سقالة ليفية متعددة (2-هيدروكسي إيثيل ميثاكريلات) إلى تحسين التصاق وتكاثر الخلايا الغضروفية بشكل ملحوظ [123]. كان الهدف من هذه الدراسة هو التحقيق في التفاعل بين الجسيمات الشحمية والسقالات الليفية وتطوير نظام جديد لتوصيل الأدوية. أظهر ملف تعريف إطلاق Dex إطلاقًا أوليًا للانفجار ، على الرغم من استمرار إطلاق Dex بمعدل أبطأ ولكن ثابت حتى اليوم 21 [55]. تم اختيار هذا الإطار الزمني وفقًا لوقت الثقافة المطلوب عادةً للحصول على تمايز عظمي كامل للخلايا الجذعية الوسيطة (MSCs) في المختبر. لم يكن للجسيمات الشحمية المحملة بالديكس أي تأثير سام للخلايا على الخلايا الجذعية الوسيطة المشتقة من نخاع العظام البشري (hBMSCs). كانوا قادرين على تعزيز الحث المبكر للتمايز من hBMSCs في سلالة العظام [55]. أظهرت الاختبارات البيولوجية أن الجسيمات الشحمية المحملة بـ Dex والمثبتة على سطح PCL NFMs بالكهرباء لم تظهر أي تأثير سام للخلايا ، حيث إنها قادرة على تعزيز التمايز العظمي لـ hBMSCs بنجاح [125].

4.3 توصيل الجينات العلاجية

استخدام عوامل النمو / التمايز للحث على تمايز الخلايا الجذعية في الجسم الحي له بعض القيود مثل فترات نصف العمر القصيرة ، والتمسخ أثناء عمليات التغليف ، واستهلاك الوقت ، وفترات طويلة للحصول على الخلايا المتمايزة ، واستخدام خليط من GFs وصعوبة تفريق الخلايا في سلالة واحدة محددة [108،162]. لذلك ، قد يكون العلاج الجيني أو ترميز عوامل النسخ أو الترميز لمجموعة معينة أو مجموعة من البروتينات طريقة جيدة للتغلب على هذه القيود والتحكم في تمايز الخلايا الجذعية [124]. تضمن عوامل النسخ أن التعبير عن جميع متغيرات لصق الطبيعية يحدث في وقت وتسلسل منسقين ، وقد تنظم سلسلة من جينات مختلفة متعددة. تم تصور العلاج الجيني في البداية على أنه إدخال جين عامل في جينوم الخلية المضيفة ليحل محل عيب وراثي وراثي أو ، مؤخرًا ، لتوفير وظيفة جديدة في الخلية مثل زيادة التعبير عن GFs أو حتى قتل الخلايا السرطانية [36،148]. عندما يدخل الـ pDNA إلى النواة ، يتم إقحامه في الحمض النووي للخلية المضيفة ، ثم يتم نسخه إلى الرنا المرسال (mRNA). لذلك ، يتم إنتاج البروتينات العلاجية أو GFs باستخدام آلية الخلية خارج النواة.

طريقة أخرى للتحكم في تمايز الخلايا الجذعية تعتمد على إيصال الحمض النووي الريبي ، كما ذكرنا سابقًا [162]. يعمل RNAi عن طريق الارتباط بالأحماض النووية ، ويمنع نسخ الجينات وترجمتها بعبارة أخرى ، يعمل RNAi عن طريق إسكات الجينات ذات الأهمية من خلال القضاء على mRNAs المستهدفة من خلال إدخال RNAs صغيرة متداخلة (siRNAs) ، أو RNAs صغيرة دبوس الشعر (shRNAs) أو ميكرو- الحمض النووي الريبي (ميرناس) [25108162]. الميزة الرئيسية لهذه الإستراتيجية هي أن RNAi يحث على إسكات الجينات المستهدفة دون الاندماج في جينوم المضيف. لذلك ، نما هذا المجال بشكل كبير في العقود الماضية ، بسبب قدرته الهائلة على علاج الأمراض عن طريق استبدال الجينات المعيبة أو المفقودة أو إسكات التعبير الجيني غير المرغوب فيه [163]. تم إحراز تقدم ملحوظ من خلال تسليم miRNAs لإعادة برمجة الخلايا الجسدية إلى خلايا جذعية متعددة القدرات (iPSCs) ، وبالتالي تجنب الحاجة إلى إدخال pDNA في الخلايا المانحة [164].

يمكن أن يتم تسليم الجينات بواسطة خارج الجسم الحي الاقتراب أو مباشرة إلى خلية أو نسيج مستهدف. ال خارج الجسم الحي تستخدم الطريقة عمومًا الخلايا الذاتية التي يتم استردادها من جسم المريض. يتم نقل الخلايا بشكل عام بواسطة نواقل فيروسية ، تحتوي على جينات مؤتلفة ، ويتم إعادة إدخالها / زرعها في الأنسجة المستهدفة [148]. وبالمثل ، فإن pDNA أو RNAi تمتصه بشكل سيئ من قبل الخلايا المضيفة ، حيث تتعرض للتدهور عند تعرضها لبروتينات الدم [165]. النواقل الفيروسية وغير الفيروسية هي أمثلة على الحاملات المستخدمة لعدوى الخلايا [166–168]. يتم تنفيذ الطريقة المستخدمة على نطاق واسع لنقل الجينات إلى الخلايا الجذعية من خلال النواقل الفيروسية (مثل الفيروس البطيء والفيروس القهقري) ، نظرًا لارتفاع تعبير الجينات المحورة وكفاءة النقل. وبالتالي ، عند استخدام الخلايا الجذعية لتصحيح أمراض وراثية وللتعبير عن الجين العلاجي طوال مدة حياة المريض ، يُفضل استخدام النواقل الفيروسية [169]. بالمقابل ، عندما تُستخدم الخلايا الجذعية لعلاج الأمراض غير الموروثة وتكون مطلوبة فقط للتعبير عن الجين العلاجي لفترة قصيرة من الزمن ، يُفضل استخدام النواقل غير الفيروسية [169]. على الرغم من أن النواقل الفيروسية أكثر كفاءة ، إلا أنها تمتلك بعض القيود مثل تكلفة الإنتاج المرتفعة ، وقضايا السلامة بما في ذلك الطفرات ، ومناعة بروتينات الفيروس ، ونقص انتقائية الأنسجة المرغوبة وتوليد الفيروسات المعدية بسبب إعادة التركيب [170-172]. لذلك ، هناك حاجة إلى نظام توصيل لا يحمي فقط pDNA / RNAi ويسهل امتصاصه الخلوي ، ولكنه يعزز أيضًا إمكانية التسليم المستهدف والفعال [165،169]. أنظمة التوصيل غير الفيروسية (أي الجسيمات الشحمية ، والدهون الكاتيونية ، والبوليمرات والبروتينات) لها كفاءة تعداء أقل نسبيًا ، ولكن تم اقتراحها نظرًا لسلامتها وسهولة إنتاجها وتغليفها بأحجام أعلى من pDNA [27،108،162،172–174]. علاوة على ذلك ، توفر النواقل غير الفيروسية مرونة في تصميم الصياغة والتي يمكن تكييفها للتفاعل مع حمولة الحمض النووي. أيضًا ، من خلال دمج الروابط المستهدفة ، من الممكن تحديد مسار إدارة ناقلات الأمراض وتعزيز التوصيل إلى أنسجة أو خلايا معينة.

تعتبر الجسيمات الشحمية أول نظام توصيل غير فيروسي يستخدم في بيولوجيا الخلية [27]. ظهرت الدهون الكاتيونية كخيار أساسي لإيصال الجينات [77175]. تم تصنيع وتقييم الدهون الكاتيونية المختلفة من أجل تعداء الخلايا [175]. تظهر هذه الجسيمات الشحمية الموجبة كفاءة عالية تعداء ، والتي يمكن أن تُعزى جزئيًا إلى تفاعلاتها مع أغشية الخلايا سالبة الشحنة [27]. الليبوفيكتامين ، الكاشف التجاري الرائد ، هو تركيبة شحمية كاتيونية تستخدم بشكل شائع لنقل العدوى للخلايا [176]. ومع ذلك ، نجاحهم في الجسم الحي كإستراتيجية للعلاج الجيني كانت محدودة بسبب نقص الاستقرار الغرواني والمدة القصيرة للتعبير الجيني والسمية الخلوية [175177178]. تم اقتراح البوليمرات الكاتيونية أيضًا كنظم توصيل جينات غير فيروسية ، نظرًا لخصائصها المرنة والتوليف السهل والمتانة وكفاءة توصيل الجينات المثبتة. لمزيد من التفاصيل حول أحدث التطورات العلمية في البوليمرات الموجبة ومشتقاتها ليس فقط لأغراض توصيل الجينات ولكن أيضًا لمختلف التطبيقات العلاجية البديلة ، يتم توجيه القارئ إلى المراجعة في [179]. قد يساهم استخدام الجسيمات الشحمية جنبًا إلى جنب مع السقالات في التغلب على مشكلات السمية والتعبير طويل الأمد وكفاءة الإسكات. على وجه التحديد ، قد يقلل التوصيل الموضعي للجسيمات الشحمية المحملة بالجينات عبر سقالة المواد الحيوية من تعرضها للخلايا المناعية ، ويعزز الامتصاص الخلوي وربما يسمح بالتوصيل المستدام [27162].

يمكن استخدام أنظمة السقالات الشحمية كمواد حيوية لتوصيل الجينات بطريقة فعالة ، يتم التحكم فيها بالخلايا ومحدودة مكانيًا لتطبيقات TE. تجديد العظام والغضاريف بإستراتيجية العلاج الجيني هو أحد التطبيقات ذات الصلة سريريًا [108]. ركزت هذه الإستراتيجيات على توصيل الجينات المشفرة لـ BMPs و TGF-التي تبدأ تمايز الخلايا السلفية للعظام والغضاريف ، وتنسيق مسارات تعظم العظام المكون حديثًا ونضج الغضاريف [133،137،148،180]. تم استغلال الأوعية الدموية في الأنسجة عن طريق توصيل الجينات المشفرة لـ VEGF باستخدام خلايا انسجة نخاع العظم [181]. تم حقن الجسيمات الشحمية المحملة بالحمض النووي المشفر للشكل 165 من الأحماض الأمينية من VEGF في جلد الفئران لتحفيز التئام الجروح [182]. تم تعزيز بقاء السديلة بنسبة 14٪ ، وأظهر التحليل النسيجي تكوين وعاء جديد [182]. تم إنشاء ناقل تعبير بلازميد يحتوي على VEGF ليتم إعطاؤه إلى طبقة الجرح من سديلات جلد بطن الفئران في مادة مانعة للتسرب من الفيبرين [145]. أدت الإدارة الموضعية بوساطة الفيبرين لبلازميد VEGF-A إلى زيادة بقاء السديلة لمدة 7 أيام. تم تجميد الجسيمات الشحمية المحملة بـ RUNX2 بترميز pDNA تساهميًا على سطح الألياف النانوية PCL [124]. أظهرت النتيجة البيولوجية باستخدام hBMSCs أن hBMSCs المستزرعة على الجسيمات الشحمية المحملة بـ RUNX2 والمثبتة على سطح PCL NFM المغزولة بالكهرباء أظهرت مستويات محسّنة من النشاط الأيضي وتخليق البروتين الكلي. الجسيمات الشحمية المحملة بـ RUNX2 والمثبتة على سطح PCL NFMs الكهربائية تحفز تعبيرًا جينيًا طويل المدى لـ eGFP و RUNX2 بواسطة hBMSCs المستزرعة. علاوة على ذلك ، تم تحقيق التمايز العظمي لـ hBMSCs أيضًا من خلال الإفراط في التعبير عن العلامات العظمية الأخرى في وسط خالٍ من مكملات العظام.


شاهد الفيديو: مختبر1 علم البكتريا - عملي (أغسطس 2022).