Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ / Химия высоких энергий

Радиолиз водных дисперсий липосом

Диссертация

Автор: Парамонов, Дмитрий Викторович

Заглавие: Радиолиз водных дисперсий липосом

Справка об оригинале: Парамонов, Дмитрий Викторович. Радиолиз водных дисперсий липосом : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.09 Москва, 2006 162 c. : 61 06-2/260

Физическое описание: 162 стр.

Выходные данные: Москва, 2006






Содержание:

Введение
• 1 Обзор литературы
11 Физико-химические свойства молекулярных компонентов, составляющих липосомы
12 Получение и свойства липосом, структура липидного бислоя
13 Температура фазового перехода в липидном бислое
14 Латеральная диффузия, трансбислойное движение и проницаемость липидного бислоя
15 Радиолиз фосфолипидов
151 Радиолиз фосфолипидов в отсутствии кислорода
152 Действие ионизирующего излучения на липиды и моделирующие их системы в присутствии кислорода
153 Радикалы, образующиеся при облучении фосфолипидов
154 Ингибирование процессов с участием радикалов в бимолекулярном слое фосфолипидов
16 Выводы обзора и постановка задачи исследования
2 Материалы и методы проведения исследований
21 Материалы
22 Приготовление образцов
23 Обработка водно-лецитиновой гетерогенной системы ультразвуком ("озвучивание")
24 Центрифугирование
25 Определение среднего размера частиц в дисперсии
251 Спектры мутности
252 Математическое описание спектров мутности
253 Адекватность математического алгоритма расчета среднего размера частиц дисперсии липосом и экспериментальных данных
26 Условия у-облучения образцов
27 Методы анализа продуктов деградации лецитина в дисперсии липосом
28 Жидкостная хроматография
29 Радиоспектроскопические измерения
3 Радиационно-химические исследования
31 Радиационно-химические процессы, протекающие в дисперсии пустых липосом, и агрегативная устойчивость липосом при облучении
32 Влияние концентрации липосом в дисперсии на радиационно-химические превращения в бислое
33 Расчет профиля концентраций радиолитических частиц в приближении однорадикальной модели
34 Радиационно-химические процессы, протекающие в липидном бислое липосом с включенным в него акцептором
341 Превращения включенного в липидный бислой акцептора при облучении дисперсии, насыщенной закисью азота
342 Превращения включенного в липидный бислой липосом акцептора при облучении дисперсии, содержащей этанол и насыщенной кислородом воздуха
343 Превращение включенного в липидный бислой липосом акцептора при облучении дисперсии, насыщенной кислородом воздуха
35 Радиационно-химические процессы, протекающие при низкотемпературном радиолизе дисперсий липосом
4 Моделирование радиационно-химических процессов превращения молекул лецитина и акцептора в липидном бислое липосом
Выводы

Введение:
Фосфолипиды (производные высших жирных кислот, относящиеся по классификации к сложным липидам) - природные органические соединения, нерастворимые в воде, но растворимые в жирорастворителях (этиловом и метиловом спиртах, бензоле, петролейном и серном эфирах, бензине, ацетоне, хлороформе, сероуглероде [1]) и обладающие амфифильными свойствами - образуют в воде и в водном растворе после гидратации гетерогенные бислойные водно-липидные системы с развитой границей раздела фаз липид-вода. Физическая или физико-химическая обработка (механическое встряхивание; воздействие ультразвуком; экструзия при повышенном давлении через узкое отверстие; инжекция в водную среду раствора фосфолипида в легколетучем растворителе; циклическое "замораживание-оттаивание" и др.) такой системы приводит к образованию замкнутых бислойных концентрических структур, имеющих форму, близкую к сферической. Такие структуры называются липосомами или фосфолипидными везикулами. Бимолекулярный слой липидов, составляющих оболочку липосом, - это структурообразующий элемент любой клетки, лежащий в основе всех биологических мембран (цитоплазматическая и ядерная мембраны; внутренние структуры: эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы, митохондрии, пластинчатый комплекс Гольджы, клеточный центр, микротрубочки, пластиды и т.д.) и выполняющий две основные функции: несущей матрицы для других компонентов биомембраны и разделительной границы для ионов и молекул.
В настоящее время в литературе, посвященной исследованию наносистем (липосомы, наночастицы, нанокапсулы), накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по изучению свойств как самих липидных мембран, так и липосом (осмотической активности, проницаемости для органических и неорганических веществ через мембрану, структуры липосом и липидного бислоя, агрегативной устойчивости и т.д.), их поведению в организме, способам получения и методам включения различных веществ (органических, неорганических, биоорганических) и вирусов [2-9]. Липосомы могут различаться по химическому составу липидного бислоя (фосфолипиды разной природы или их смеси с добавлением других молекул), количеству бислоев в одной липосоме, физическим свойствам липидного матрикса (бислоя), размерам (от нескольких десятков до нескольких тысяч нанометров), дисперсному распределению, способам получения и другим характеристикам. В связи с этим интерес к липосомам многогранен. В частности, липосомы, имеющие высокую биосовместимость, являются одной из перспективных форм направленной доставки лекарственных препаратов в органы-мишени [2]. Известно большое количество фармакологически активных веществ, включаемых как в сам липидный бислой липосом, так и во внутривезикулярный объем [3,7,9]. В обзорной статье [10] обсуждаются вопросы получения, стерилизации и хранения липосомальных лекарственных форм. Активно развивается направление, связанное с использованием липосом в косметической индустрии. За последние десять лет только в России запатентовано более 180 изобретений по получению (способы получения липосомальных дисперсий цитостатиков, иммуномодуляторов [11, 12]) и использованию липосомальных форм в медицине (создание высокодозированных аэрозольных липосомальных композиций, содержащих противовоспалительные, противогрибковые, противовирусные и противораковые соединения [13, 14]) и ветеринарии (антибактериальное средство на основе эмульсии липосом с включенным антибиотиком для парентерального и перорального введения при лечении сельскохозяйственных животных и птиц [15]; создание вакцины против инфекционных заболеваний [16]), в научных исследованиях и косметологии (использование акцепторов радикалов, инкапсулированных в липосомы, для обработки кожи с целью защиты от света и для предотвращения старения и образования угрей [17]; предотвращение повреждений внутриклеточной ДНК живых клеток кожи [18]; косметическое средство для регенерации увядающей кожи [19]). Разработаны методы получения суспензий апирогенных, атоксичных липосом, содержащих лецитин и отрицательно заряженный компонент (смесь кислых фосфатидов, выделяемых из соевых бобов), которые стабильны при длительном хранении (сохранность размера и структуры в течение года) [20], или композиции содержащие фосфолипиды, целевые добавки и короткоцепные (длина цепи 5-8 углеродных атомов) жирные кислоты [21]. На сегодняшний день существуют как общие способы получения липосом с повышенной инкапсулирующей способностью [22], в которые можно включать даже микроорганизмы, клетки растений и животных, нерастворимые в воде структуры с биохимической и иммунологической активностью, катализаторы и плохо растворимые в воде лекарства [23], так и частные методы приготовления отдельных фармацевтических и косметических композиций на основе липосом [24-26]. Предлагаются способы уменьшения гемодинамических эффектов парентерально вводимого липосомального препарата [27], получения фармацевтических композиций с антиревматической активностью (на основе кетопорфена [28]), с биологически активными веществами (содержащие гидроксилированый пролин и/или лизин [29]), антибиотиками [30, 31], противолейкозными лекарственными препаратами (действующее начало цитарабин [32]), анальгетиками [33], антиоксидантами (а-токоферол [34]), белковыми препаратами (гемолитический фактор [35], эритропоэтин [36], противовирусное лекарственное средство для перорального введения на основе интерферона и витамина С [37]), препаратами содержащими фрагменты нуклеиновых кислот [38] и генные конструкции, кодирующие факторы роста [39]. Получены специфические средства доставки лекарственных препаратов против СПИДа и карцином на основе синтетических мембранных везикул, на поверхности которых находятся функционально активные к клеткам белки [40].
С другой стороны, дисперсии липосом интересны с точки зрения исследования протекания конкурирующих химических процессов под действием различных физических факторов и химических агентов (радиационно-химических, химических и биохимических) как внутри липидного бислоя, так и в объеме всей дисперсной системы. Исследованию радиационных процессов в системах, моделирующих клеточные мембраны, уделено, по нашему мнению, значительно меньше внимания. В литературе по радиационной химии липидов в основном обсуждается вопрос о их радиационном окислении [41-46]. В связи с этим представляет интерес изучение липидных липосом с точки зрения радиационной химии коллоидных систем (изучение влияния потоков активных частиц, образующихся при радиолизе воды, на липосомы; глубины проникновения активных частиц в липидную мембрану липосом; определение размера области вокруг липосомы, из которого она собирает активные частицы и т.д.).
В настоящее время опубликовано большое количество статей и монографий по радиационной обработке соединений лекарственного (и иного) назначения. Основной задачей при такой обработке является обеспечение надежной стерильности, с одной стороны, и максимальной сохранности свойств препарата - с другой, то есть поиск оптимальных условий воздействия на сложные по химическому составу и фазовой структуте системы. Таким образом, исследование радиационно-химических процессов, происходящих при воздействии ионизирующих излучений на многокомпонентные системы, является достаточно сложной проблемой, решение которой дает возможность судить о практической применимости данного вида обработки и искать пути оптимизации процесса.
Другой не менее важной, интересной и малоизученной задачей является исследование кинетики гомо-гетерогенных реакций, протекающих в дисперсиях липосом. Возможность варьирования в достаточно широком диапазоне различных параметров, характеризующих состояние дисперсии липосом (температурный интервал; рН; ионная сила; размер липосом; химический состав как самого липидного бислоя, так и внутривезикулярного объема), без потери способности фосфолипидов образовывать замкнутые бислойные везикулы дает ценнейший инструмент для исследования процессов кинетики в гетерогенных системах. Результаты исследований в этой области могут быть полезны и для понимания процессов, протекающих в живых объектах при любом воздействии, приводящем к появлению активных промежуточных продуктов. Радиобиологические эффекты, приводящие к гибели живых организмов, связаны с воздействием ионизирующего излучения (прямое и косвенное действие) на критические мишени клеток [53, 42]. Вклад косвенного действия излучения при радиационном поражении за счет генерации высокоактивных продуктов радиолиза водной среды внутри клетки составляет, по разным оценкам, от 25 до 80-90% при содержание воды в клетках и тканях живых организмов примерно 70-80 % от общей массы. Существует основанная на экспериментальном материале точка зрения, что наряду с ДНК мембраны клеток также являются критическими мишенями действия излучения [53,54]. Радиационноиндуцированные изменения в клеточных мембранах вызывают серьезные изменения многих жизненно важных процессов, что приводит в конечном итоге к гибели клетки при дозах, превышающих определенный предел. Конкретная же роль тех или иных химически активных продуктов радиолиза воды (ионов, возбужденных молекул, активных радикалов) в механизме разрушения клеточных мембран остается неясной. Поскольку структура, химический состав, толщина, проницаемость клеточных мембран для клеток разной природы и дифференцировки различны, для изучения реальных клеточных систем необходимо предварительно провести исследования на моделирующих их объектах.
На основе анализа экспериментального и теоретического материала по исследованию наносистем для решения перечисленных вопросов была выбрана модельная система на основе лецитиновых липосом контролируемого среднего размера с включенным акцептором. На выбор данной модели оказало влияние то, что, во-первых, в процессе приготовления дисперсии лецитиновых липосом возможно варьирование их размеров путем изменения времени "озвучивания"; во-вторых, возможно включение молекул различной природы (селективные и неселективные акцепторы радикалов, антиоксиданты, белковые молекулы, витамины и т. д.) как в везикулярный объем, так и в стенку липосомы и использование одновременно нескольких акцепторов радикалов; в-третьих, липидные липосомы являются принятыми моделями биологических систем, поэтому полученные результаты по изучению радиационных процессов можно использовать в дальнейшем в радиобиологии.
Настоящая работа состоит из четырех глав. Первая глава посвящена описанию имеющихся в литературе данных о физико-химических свойствах природных и синтетических лецитинов, их способности образовывать липидные бислойные структуры, о свойствах самих бислоев и о радиационно-химических процессах в лецитинах. Во второй главе описаны методы проведения экспериментов. В третьей главе представлены результаты собственных исследований радиационно-химических процессов в дисперсиях липосом. Четвертая глава посвящена теоретическому моделированию процессов в липидном бислое и способам повышения устойчивости дисперсии липосом при облучении.
1. Обзор литературы.
На химические процессы, протекающие в липидном бислое, будет оказывать влияние физико-химическое состояние самого липидного бислоя, зависящее от многих параметров. Так, к примеру, толщина липидного бислоя будет определяться длиной углеводородных цепей лецитиновых молекул, степенью гидратации, средой, в которой находится липидный бислой. Подвижность молекул, входящих в сам липидный бислой, также является многопараметрической функцией, зависящей и от степени ненасыщенности углеводородных цепей самих молекул лецитина, и от присутствия молекул включения (например - холестерин) и т.д. Поэтому прежде, чем рассматривать химические процессы в бимолекулярном слое, охарактеризуем сам бимолекулярный слой.