ліпосоми в медицині

Г. Кобринський, доктор медичних наук

ліпосоми, або ліпідні бульбашки, відомі давно, та й знайомі, мабуть, кожному: дуже схожі на них ті крапельки жиру, які потрапляють у воду, але це, зрозуміло, схожість чисто зовнішня. Звичайно, ті, про які піде мова, дуже малі - багато менше клітини, і жир у них не харчової, а клітинний - ліпіди, що входять до складу всіх клітин організму. Ліпосоми представляють собою замкнуті бульбашки води, оточені одним або декількома шарами ліпідів. Розміри і форма ліпосом залежать від багатьох чинників: кислотності середовища, присутності солей і т.п. Вперше на них звернув увагу англійський дослідник Алек Банге з колегами в 1965 році. Вони помітили, що ліпосоми (ця назва утвердилася років три тому) дуже нагадують мембрани клітин. У ті роки вже було відомо, що клітинні мембрани виконують багато функцій, і ліпосоми відразу ж стали важливим інструментом для їх вивчення. Як моделі мембран, ліпосоми дозволили досліджувати ряд їх властивостей: електричний опір, проникність для молекул води, для іонів та інших заряджених частинок, а також для вмісту клітин. Ліпосоми використовуються, крім того, для вивчення дії на мембрани вітамінів, гормонів, антибіотиків та інших препаратів. Ця сторона справи залучила найбільшу увагу дослідників, оскільки з'ясувалося, що ліпосоми добре справляються з роллю носіїв ліків. Їй і присвячена пропонована читачам стаття.

Відомо, що захворювання вражають не весь організм, а розвиваються в окремих органах і тканинах. Так, наприклад, при раку головні події відбуваються в місці розташування пухлини, при інфаркті міокарда - у м'язі серця, при дизентерії - у кишечнику. Тому й лікування піде швидше і успішніше, якщо ліки будуть діяти безпосередньо в осередку захворювання. Особливо це важливо в тих випадках, коли доводиться мати справу з вельми отруйними препаратами, які добре лікують саму хвороба, але при цьому погано впливають на інші системи організму. Часто це змушує відмовлятися від використання подібних речовин і застосовувати менш ефективні.

Однак створити потрібну концентрацію лікарських речовин в уражених хворобою місцях, не зачіпаючи інші, - завдання непросте. Адже медикаменти, яким би способом їх не вводили, розходяться по всьому організму більш-менш рівномірно. А щоб вони потрапили в потрібні місця, зробили висновок медики, необхідний якийсь носій, який би міг їх туди доставити. За останні кілька років було зроблено багато спроб для вирішення цієї проблеми, перепробувано безліч з'єднань, і виявилося, що кращими носіями ліків є ліпосоми.

ліпосоми можуть бути одношаровими (діаметр 250 ... 300 ангстрем) і багатошаровими (5 ... 50 мікрометрів). Заштриховані тони - місце знаходження води, світлі -- бімолекулярний ліпідний шар, «хвости» складових його молекул звернені всередину шару.

Які ж якості ліпосом дають їм переваги перед іншими носіями ліків? Перш за все, це спорідненість з природними мембранами клітин за хімічним складу. Відомо, що ліпіди, що входять до складу мембран, займають від 20 до 80 відсотків їх маси. Тому при правильному підборі компонентів ліпосом їх введення в організм не викликає негативних реакцій.

Друге важлива властивість ліпосом - це універсальність. Завдяки напівсинтетичній природі можна широко варіювати їх розміри, характеристики, склад поверхні. Це дозволяє доручати ліпосоми переносити широке коло фармакологічно активних речовин: протипухлинні і протимікробні препарати, гормони, ферменти, вакцини, а також додаткові джерела енергії для клітини, генетичний матеріал.

По-третє, ліпосоми порівняно легко руйнуються в організмі, вивільняючи доставлені речовини, але під час перевезення ліпосоми, самі позбавлені властивостей антигену, надійно вкривають і свій вантаж від контакту з імунною системою і, отже, не викликають захисних та алергічних реакцій організму.

Важливу роль відіграє також характер взаємодії ліпосом з клітинами. Воно може приймати різні форми: найпростіша - ліпосоми адсорбуються (прикріплюються) на клітинній поверхні. Справа може на цьому закінчитися, а може піти далі: ліпосом поглине клітина (цей процес «заковтування» називається ендоцитоз), і разом з нею усередину клітини потраплять ті речовини, які вона доставила. Нарешті, ліпосоми можуть злитися з мембранами клітин і стати їх частиною. При цьому можуть змінюватися властивості клітинних мембран: наприклад, їх в'язкість і проникність, величина електричного заряду. Може також збільшитися або зменшитися кількість каналів, що проходять через мембрани. Таким чином, завдяки ліпосоми з'являється новий спосіб спрямованої дії на клітину, який можна назвати «мембранної інженерією».

Форми взаємодії ліпосом з мембраною клітини: ліпосоми може збільшити проникність мембрани - викликати утворення додаткових каналів (I); може прикріпитися до мембрани - адсорбуватися (II); важлива форма взаємодії -- поглинання ліпосоми кліткою, в цьому випадку речовина, принесене ліпосоми, потрапляє безпосередньо в клітину (III); іноді клітинна мембрана і ліпосоми обмінюються ліпідами (IV), а в інших випадках мембрани ліпосоми і клітини зливаються (V).

Як носії ліків ліпосоми найбільш широке застосування отримали в експериментальної онкології. Суть в тому, що існує ряд препаратів, вельми ефективно руйнують злоякісні клітини або гальмують їх зростання. Однак застосувати їх в терапевтичних цілях не завжди можливо через їх великий токсичності або поганої розчинності у воді. За допомогою ліпосом ці труднощі можна подолати. Так, в одній лабораторії за допомогою ліпосом вводили мишам, хворим на лейкемію, нерастворяющіеся препарати і спостерігали уповільнення зростання числа злоякісних клітин. Інші дослідники навантажували ліпосоми антрациклінами: ці речовини активні проти широкого кола злоякісних пухлин, але вельми отруйні для інших тканин, особливо для серцевого м'яза, - і шкідливий вплив цих сполук значно знижувався, що, як наслідок, дозволяло істотно збільшувати їх дози.

ліпосоми можна використовувати і для боротьби з інфекційними захворюваннями. Вельми показовими в цьому плані можуть служити експериментальні дані по лікуванню лейшманіозу - захворювання, широко поширеного в південних країнах, де різними його формами страждає близько 100 мільйонів чоловік. Хвороба вражає печінку, селезінку, кістковий мозок.

Звичайний лейшманіоз лікують препаратами сурми, які дуже токсичні. Але коли їх ввели експериментальним тваринам за допомогою ліпосом, то вони стали придушувати розмноження збудників хвороби в клітинах печінки в сотні разів ефективніше, ніж звичайно, а токсичну дію на серце і нирки помітно знизилася, що дозволило збільшити дозу препарату. Схожі результати були отримані і при лікуванні схожих на лейшманіоз грибкових захворювань - криптококозу і гистоплазмоза.

Коли мікроорганізми - збудники хвороб «ховаються» усередині клітин, то тим самим вони захищаються як від імунної системи організму (антитіл), так і від дії ліків. Буває, що макрофаги, захопивши хвороботворні бактерії, не можуть їх переварити. В усіх таких випадках захворювання набуває затяжного, хронічне течія, і тоді необхідно, щоб лікувальні засоби могли проникати всередину заражених клітин, причому в потрібній для лікування концентрації. Результати експериментів групи американських дослідників, які працювали з макрофагами мишей, заражених бактеріями мишачого черевного тифу, показали, що ліпосоми і тут значно підвищують ефективність лікування: вони доставляли макрофагам антибіотик цефалотин, і число бактерій всередині клітин знизилося набагато сильніше, ніж при обробці таких же клітин чистим антибіотиком. При це вдавалося досягти досить високій його концентрації усередині клітин, тобто саме там, де знаходилися збудники захворювання.

Інші дослідники, використовуючи антибіотик гентаміцин, укладений в ліпосоми, отримали такі ж результати проти збудників бруцельозу, причому досліди були проведені як на культурі клітин, так і на тварин - морських свинок.

Таким чином, ліпосоми допомагають довше зберігати високий рівень концентрації лікарських препаратів в крові і в клітинах, а також допомагають їм проникнути в ті області, куди без ліпосом вони потрапити не можуть.

Форми взаємодії ліпосом з клітинами, про які ми говорили спочатку, багато в чому пояснюють їх здатність долати деякі анатомічні бар'єри організму, зокрема, стінки шлунково-кишкового тракту, Ця обставина вчені спробували використовувати для лікування цукрового діабету, тобто спробували вводити інсулін в ліпосоми через рот. Справа в тому, що інсулін хворим дають за допомогою уколів, що, звичайно, і неприємно, і незручно. У таблетках ж інсулін неефективний, бо руйнується в шлунково-кишковому тракті раніше, ніж потрапляє «до місця роботи» - в кров. Чи не виручать чи тут ліпосоми?

Досліди проводилися на щурах, у яких попередньо штучним шляхом викликали цукровий діабет, І виявилося, що введення інсуліну в ліпосоми викликало зниження цукру в крові тварин, бо ліпосоми захищають цей гормон від руйнування шлунково-кишковому тракті. В даний час дослідження в цьому напрямку тривають. Мета їх - добитися можливості лікування діабету введенням інсуліну через рот, що буде великим подарунком для хворих на цю важкою хворобою.

В Надалі були зроблені спроби введення таким методом і інших речовин. Вони не завжди виявлялися вдалі, проте деяких випадках був досягнутий безсумнівний успіх. Так, в дослідах на тваринах вдавалося ввести в ліпосоми через шлунково-кишковий тракт активатори вироблення інтерферону, що руйнує тромби террілітін, вітамін К та інші речовини. Такий шлях введення в організм ряду ліків є досить перспективним, особливо в тих випадках, коли їх ін'єкції менш бажані або взагалі неможливі. Але поки що не зовсім зрозуміло, чому одні речовини, укладені в ліпосоми, проходять крізь стінку кишечнику, а інші цього зробити не можуть. Механізм цього явища в даний час вивчається.

Використання ліпосом для точної, цілеспрямованої доставки лікарських речовин має, Втім, є й певні обмеження. Справа в тому, що після потрапляння в організм більша частина ліпосом поглинається клітинами ретикулоендотеліальної системи, складається в основному з макрофагів, здатних поглинати з крові сторонні частки і знищувати (переварювати) їх, що необхідно для підтримки сталості внутрішнього середовища. Найбільше скупчення цих клітин знаходиться в печінки, селезінці, кістковому мозку, лімфатичних вузлах і кровотоку. Тому, якщо мета введення ліпосом полягає в їх контакті з клітинами ретикулоендотеліальної системи, то проблем майже не виникає: ліпосоми туди потраплять (збудники інфекційних захворювань, про лікування які ми говорили вище, перебували саме в таких клітинах). Якщо ж потрібно, щоб ліпосоми доставили свій вміст в інші місця, то домогтися цього складніше.

Однак дослідження, проведені в останні роки, дають можливість сподіватися, що і це перешкода в принципі можна обійти. Так, був поставлений наступний експеримент. Лікували пухлини мишей, локалізовані в правій задній лапці тварин. Для того щоб ліпосоми, що містили протипухлинні ліки, не були захоплені макрофагами, останні вирішено було блокувати: тваринам ввели спочатку порожні ліпосоми, а через годину - ліпосоми, що містили радіоактивний індій. І виявилося, що його концентрація в клітинах пухлини зросла на 50 відсотків у порівнянні з контрольними тваринами, яким блокади не проводили.

Під Всесоюзному кардіологічному науковому центрі, у лабораторії В.П. Торчіліна здійснили спрямований транспорт ліпосом в зону експериментального інфаркту міокарда. Зробили це за допомогою антитіл до міозин - білку серцевого м'яза, вони були прикріплені хімічно до поверхні ліпосом. Ліпосоми накопичувалися як у зоні інфаркту, так і в нормальної тканини серця (тобто там, де був міозин), хоча значна їх частина все ж локалізувалася в клітинах печінки.

Виявлено також, що досить ефективно введення ліпосом прямо в кров, скажімо, через вену. При цьому в печінку і селезінку потрапляє ліпосом у багато разів більше, ніж при введенні їх через очеревину і особливо під шкіру.

Таким чином, комбінуючи способи введення, можна сподіватися на успішне лікування з допомогою ліпосом і тих захворювань, які мало пов'язані з клітинами ретикулоендотеліальної системи.

ліпосоми, потрапляючи в кров, як правило, стають здобиччю макрофагів і не доходять до мети. Але якщо вони сполучені з антитілами до білків-адресатам, то більша їх частина встигає прибути до місця призначення раніше, ніж відбудеться зустріч з макрофагів. Ще краще результати будуть, якщо вперед пустити ліпосоми без вантажу, а далі - з ліками, тоді перший попадуться макрофагам, а друга без перешкод дійдуть до мети.

Дослідження останніх років встановили, що система макрофагів відіграє важливу роль у захисті організму від різних інфекцій та новоутворень (пухлин). Макрофаги здатні знищувати як пухлинні клітини, так і клітини, уражені вірусами, не зачіпаючи при цьому нормальні, здорові клітини. Але роблять все це макрофаги лише в організмі та фізичної залежності. А активують їх лімфоцити, які виділяють для цього спеціальні речовини - лімфокіни.

Крім лімфокінів макрофаги можуть бути активовані та іншими речовинами, зокрема мікобактеріями, до яких належать і бацили туберкульозу. Давно відомо, що ці мікроорганізми в суміші з антигенами здатні посилювати імунну відповідь. Грунтуючись на цій властивості, були приготовлені препарати, що підсилюють імунну відповідь і отримали назву ад'ювант. Діючим початком ад'ювантна властивостей мікобактерій виявилося речовина пептидного природи, так званий мурамілдіпептід. Він так само, як і лімфокіни, виявив здатність активувати макрофаги.

Вчені спробували використовувати ці речовини для лікування пухлин та інфекційних захворювань. Однак їхня ефективність виявилася невисокою, оскільки вони всього на 1 ... 2 години затримувався в організмі. Результати були краще, якщо активатори вводили часто і у великих дозах. Однак при цьому проявлялися небажані побічні дії на організм, а, крім того препаратів потрібно було занадто багато.

Різкий зрушення на краще намітився в 1981 році, коли було встановлено, що здатність лімфокінів і мурамілдіпептіда активувати макрофаги значно зростає, якщо ці речовини вводити в ліпосоми. При цьому спостерігається збільшення тривалості їх дії, іноді до декількох діб. Важливо і те, що вдається у багато разів знизити їх дози без шкоди для ефективності. Цікаво відзначити, що обидва препарати, укладені в одні і ті ж ліпосоми, при активації посилювали дію один одного.

Мурамілпептід в ліпосоми виявився також досить ефективним проти вірусу герпесу, а в поєднанні з таким препаратом, як глюкантін, - і проти вже згадуваного лейшманіозу.

Ефективність використання ліпосом як носіїв ліків багато в чому залежить ще й від того, зуміють вони зберегти свою цілісність після введення в організм. Справа в тому, що у ліпосом є досить серйозний «ворог» - сироватка крові. До її складу входять ліпопротеїни - складні білки, що містять ліпіди. Обмінюючись з ліпосомами ліпідами, ліпопротеїни сприяють руйнуванню ліпосом і витікання назовні їх вмісту. Проте вже зараз знайдені способи, що дозволяють збільшити ліпосом стійкість до дії ліпопротеїнів. Наприклад, цьому допомагає введення до складу ліпосом холестерину. Є й інші варіанти зміни складу ліпосом, що дозволяють їм успішно захищатися від руйнування сироваткою крові.

Таким чином, у практичному використанні ліпосом відкриваються непогані перспективи. Крім медицини, вони можуть бути корисні в сільському господарстві, вже зараз вони знаходять застосування в генної інженерії: з їх допомогою можна більш ефективно, ніж звичайним шляхом, вводити генетичну інформацію всередину клітин.

Звичайно, не слід думати, що широкі клінічні випробування ліпосом можна почати вже зьогодні. Для цього слід вирішити ще ряд проблем. Однією з них є спосіб введення ліпосом. Так, навряд чи слід рекомендувати внутрішньовенне, хоча і досить ефективне, їх введення, тому що існує певна небезпека закупорки судин (емболії). Менше побоювань викликають внутрішньом'язове й підшкірне їх введення, і особливо - через рот, тому що зі сказаного вище зрозуміло, що в ряді випадків ліпосоми з ув'язненими в них речовинами здатні проходити через стінки шлунково-кишкового тракту. Такий спосіб введення ліпосом в організм, мабуть, нешкідливий.

Серйозну проблему представляє стерилізація ліпосом. Поки що найбільш прийнятним способом слід вважати стерилізацію ліпосом за допомогою таких фільтрів, пори яких пропускають тільки молекули ліпідів і затримують мікроорганізми.

Вельми істотні також терміни зберігання ліпосом після їх приготування. Поки вони невеликі. Але, мабуть, і ця проблема незабаром буде вирішена, тому що нещодавно знайдений спосіб сушіння попередньо заморожених ліпосом. Такі висушені ліпосоми, що містять лікарські речовини, здатні зберігатися досить довго: місяці й роки. Для їх використання достатньо долити до них той обсяг води, який був вилучений при сушінні.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nt.org