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単層リポソームは、球状のリポソーム、小胞であり、両親媒性 脂質またはそのような脂質の混合物の単一の二重層で囲まれ、チャンバー内に水溶液が含まれています。単層リポソームは、生物系の研究や細胞膜の模倣に使用され、サイズに基づいて3つのグループに分類されます。サイズ範囲が20〜100 nmの小型単層リポソーム/小胞（SUV）、サイズ範囲が100〜1000 nmの大型単層リポソーム/小胞（LUV）、サイズ範囲が1〜200 μmの巨大単層リポソーム/小胞（GUV）です。 [1] GUVは、研究作業で生物膜のモデルとして主に使用されます。[2]動物細胞は10〜30 μmで、植物細胞は通常10〜100 μmです。ミトコンドリアのようなさらに小さな細胞小器官でも、通常は1～2μmです。したがって、適切なモデルでは、研究対象となる標本のサイズを考慮する必要があります。[1]さらに、小胞のサイズは膜の曲率を決定しますが、これは融合タンパク質の研究において重要な要素です。SUVは膜の曲率が高く、膜の曲率が高い小胞は、GUVなどの膜の曲率が低い小胞よりも膜融合を速く促進できます。[3]
細胞膜の組成と特性は、細胞（植物細胞、哺乳類細胞、細菌細胞など）によって異なります。膜二重層では、多くの場合、内側のリーフレットと外側のリーフレットでリン脂質の組成が異なります。ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、スフィンゴミエリンは、ほとんどの動物細胞膜で最も一般的な脂質の一部です。これらの脂質は、電荷、長さ、飽和状態が大きく異なります。たとえば、脂質に不飽和結合（二重結合）が存在すると、アシル鎖にねじれが生じ、脂質のパッキングがさらに変化して、パッキングが緩くなります。[4] [5]したがって、単層リポソームの組成とサイズは、研究対象に基づいて慎重に選択する必要があります。
それぞれの脂質二重層構造は、一般に、生体膜のラメラ相脂質組織に似ています。対照的に、多重膜リポソーム(MLV) は、タマネギの層に似た多くの同心円状の両親媒性脂質二重層で構成され、MLV のサイズは最大数マイクロメートルまで変化します。
準備
小さな単層小胞と大きな単層小胞
単層リポソームを調製する方法はいくつかあり、プロトコルは目的の単層小胞の種類によって異なります。さまざまな脂質が、クロロホルムに溶解した状態、または凍結乾燥した脂質として購入できます。凍結乾燥した脂質の場合は、クロロホルムに溶解できます。次に、脂質を目的のモル比で混合します。次に、室温で窒素の穏やかな流れを使用してクロロホルムを蒸発させます (酸素との接触と脂質の酸化を避けるため)。ロータリーエバポレーターを使用して、リポソームの均質な層を形成できます。このステップで、クロロホルムの大部分が除去されます。閉じ込められたクロロホルムの残留物を除去するために、脂質を数時間から一晩真空下に置いておきます。次のステップは再水和で、乾燥した脂質を目的のバッファーに再懸濁します。脂質を数分間ボルテックスして、すべての脂質残留物が再懸濁されるようにすることができます。SUV は 2 つの方法で入手できます。超音波処理（例えば、150 Wの電力で3 Hzサイクルで1秒のパルス）または押し出しのいずれかによって行われます。押し出し法では、脂質混合物を膜に10回以上通過させます。 [6] [7]膜のサイズに応じて、SUVまたはLUVのいずれかが得られます。小胞をアルゴン下で酸素と光から遠ざけると、寿命を延ばすことができます。
巨大な単層小胞
自然膨潤: この方法では、クロロホルム中の可溶性脂質をテフロンリングにピペットで移します。クロロホルムを蒸発させ、リングを数時間真空下に置きます。次に、水性緩衝液をテフロンリングの上に静かに加え、脂質を一晩かけて自然に膨潤させて GUV を形成します。この方法の欠点は、多量の多層小胞と脂質破片が形成されることです。
電気形成：この方法では、脂質を導電性カバーガラス（インジウムスズ酸化物またはITOコーティングガラス）上またはテフロンリングの代わりにPtワイヤ上に配置し、真空引きした後、乾燥した脂質上に緩衝剤を置き、2番目の導電性カバーガラスで挟みます。次に、特定の周波数と電圧の電界を印加してGUVの形成を促進します。多価不飽和脂質の場合、この技術は小胞に顕著な酸化効果を引き起こす可能性があります。[8]それでも、これはGUVを生成するための非常に一般的で信頼性の高い技術です。より生物学的に適切な条件下でGUVを形成するために、ゲル支援膨潤（アガロース支援膨潤またはPVA支援膨潤）を使用する修正されたアプローチがあります。[9]
水と油の界面を足場として脂質層を組み立て、GUV内に生物学的反応物をカプセル化する様々な方法が存在する。これにより、GUVを細胞のような膜容器として使用し、生物学的機能をin vitroで再現（および調査）することが可能になる。[10]これらのカプセル化方法には、均一なサイズの小胞を高収率で生産できるマイクロ流体法が含まれる。[11]
アプリケーション
リン脂質 リポソームは、標的薬物送達システムとして使用されます。 [12] 親水性薬物はSUVまたはMLV内の溶液として運ぶことができ、疎水性薬物はこれらのリポソームの脂質二重層に組み込むことができます。人体または動物の体内に注入された場合、MLVは貪食細胞に優先的に取り込まれるため、薬物をこれらの細胞に標的とすることができます。一般的な送達または全体送達には、SUVを使用できます。皮膚への局所適用では、リン脂質や スフィンゴ脂質などの特殊な脂質を使用して、保湿剤として薬物を含まないリポソームを作成したり、紫外線防止用途などの薬物と一緒に使用したりできます。
生物医学研究では、単層リポソームは生物システムの研究や細胞機能の模倣に非常に有用である。[1] [10]生きた細胞の研究は非常に複雑であるため、単層リポソームは膜融合、細胞膜におけるタンパク質の局在、イオンチャネルの研究など の膜相互作用イベントを研究するためのシンプルなツールを提供する。
参照
参考文献
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