LIPOSOMI
Sezione di un liposoma multilamellare e di un liposoma
unlilamellare
Liposoma
Multilamellare
Liposoma
Unilamellare
Compartimenti
Acquosi
Bilayers
lipidici
CARATTERISTICHE CHIMICHE DEI LIPIDI
lipide
porzione apolare
testa polare
⇒ Testa polare
♦Costituenti della testa polare
1.gruppi carbossilici
2.amminoacidi
3.alcool
4.ammine esterificate con gruppi fosfati
♦Caratteristiche della testa polare
a.Carica (positiva o negativa)
b.Zuitterionico (+/-)
c.Non carica (polidrossilate)
⇒ Porzione apolare
♦una o due catene di acidi grassi
♦lunghezza delle catene degli acidi grassi (8 – 24)
♦essere sature o insature (1 - 4 doppi legami)
⇒ Acidi grassi presenti nelle membrane biologiche
♦Acidi grassi saturi
a.miristico (12 C)
b.palmitico (14 C)
c.stearico (16 C)
♦Acidi grassi insaturi: oleico (= stearico (16C) + doppio legame)
CLASSIFICAZIONE DEI LIPIDI NATURALI
1.numero di catene aciliche presenti (lipidi a singola o doppia catena)
2.struttura dello scheletro
Struttura dello scheletro dei lipidi naturali
CH2OH
CHOHR
CH2OH
NH2
CH2OH
CH
CH2OH
Glicerolo
Sfingosina
CATENE ACILICHE
Parte Idrofobica
TESTA POLARE
Parte idrofilia
O
C O CH2
CH3
CH3
O
C O CH
CH2 O P R
O
STRUTTURA DEI
FOSFOLIPIDI
O
1,2-diacil-sn-glicero-fosfatidil-R
Teste Polari
R =
O CH2 CH2
CH3
N CH3
CH3
O CH2 CH2 NH3
O CH2 CH CH2
OH OH
O CH2
NH3+
CH
COO-
OH
OH
HO
HO
O
OH
OH
Nomenclatura
Colina (PC)
Etanolamina (PE)
Glicerolo (PG)
Serina (PS)
Acido Fosfatidico
(PA)
Inositolo (PI)
STRUTTURA DEI DERIVATI DELLA SFINGOSINA
CH3
(CH2)18
O
CH HN C R
HO CH CH CH2 O X
CH
R = Catena acilica di varia lunghezza (da 18 a 26 atomi di carbonio) satura o insatura
Teste Polari
Nomenclatura
O
CH3
P O CH2 CH2 N CH3
OH
CH3
X=
O
HO
OH
HOH 2C
O
COCH3
O
X=
CH2OH
O
O
HO
HO
OH
O
HOH2C
Cerebrosidi
CH2OH
OH
O
X=
Sfingomielina
OH
Gangliosidi
HN
O
O
OH
O
HOH 2C
OH
HO
OH
COLESTEROLO
CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
CH3
HO
⇒ Concentrazione del colesterolo nelle membrane naturali: 0.1- 30%
⇒ Concentrazione del colesterolo nelle membrane liposomiali: 50% (CHO/lipide tot.)
⇒ Interazione colesterolo-lipide nelle membrane
⇒ Effetto del CHO sulle caratteristiche chimico-fisiche delle membrane liposomiali
1.aumento della stabilità
2.riduzione della mobilità delle molecole lipidiche
3.riduzione della permeabilità della membrana liposomiale
LIPIDI SINTETICI
⇒ Acidi grassi presenti nei lipidi sintetici
1.miristico
2.palmitico
3.oleico
4.stearico
⇒ Classificazione dei lipidi sintetici in base al metodo di preparazione
a.lipidi semisintetici
b.lipidi sintetici
Lipidi semisintetici
⇒ Metodi di preparazione dei lipidi semisintetici
a.reazioni di deacilazione e riacilazione ad opera di fosfolipasi
FOSFOLIPASI A1
H2OC
O
FOSFOLIPASI A2
R2
RI
C
C
OCH
FOSFOLIPASI D
O
O
H2CO
P
OCH2CH2N+(CH3)3
O-
FOSFOLIPASI C
a.processo di idrogenazione (valore d’idrogenazione = I.V.)
Lipidi sintetici
→
→
⇒ Metodo di preparazione dei lipidi sintetici:
reazioni di sintesi organica
⇒ Produzione di lipidi con legame etere
⇒ Vantaggi e svantaggi dei lipidi con legame etere
♦Stabilità all’idrolisi
♦Legame non biodegradabile
LIPIDI POLIMERIZZABILI
⇒ Caratteristica dei lipidi polimerizzabili:
presenza di gruppi polimerizzabili nella testa o
nelle catene aciliche di lipidi sintetici
⇒ Gruppi polimerizzabili: butadiene, metacrilato o
acrilato
⇒ Fattori che inducono la polimerizzazione
1.radiazioni U.V. (
monostrato esterno)
⇒ Vantaggi e svantaggi
1.maggiore stabilità
2.emivita breve nel sangue
ambedue i mostrati della membrana)
1.attivatori chimici (
⇒ Parametri che influenzano la formazione dell’aggregato:
1.Concentrazione del composto anfifilico
2.Struttura del composto anfifilico
⇒ Parametro critico d’impaccamento (CPP)
CPP
=
v
a0lc
v = volume della catena idrocarburica
a0 = area della testa polare
lc = lunghezza della catena
PREPARAZIONE DEI LIPOSOMI
Idratazione del film lipidico
♦Idratazione mediante solvente acquoso
Lipidi
Solvente organico
Evaporazione
Film lipidico
Idratazione (T > Tm ed agitazione)
Liposomi MLV
⇒ Parametri che influenzano l’efficienza d’intrappolamento
Condizioni d’idratazione
tempo d’idratazione
velocità di agitazione
spessore del film lipidico
Composizione lipidica
⇒ Problema di Scale-up: limitata area superficiale per l’evaporazione del solvente
⇒ Metodi per la risoluzione del problema di Scale-up
materiale inerte per aumentare l’area della superficie di evaporazione
spray-drying
⇒ Svantaggi
formazione di vescicole con dimensione eterogenee
bassa efficienza d’intrappolamento (5% - 15%)
Classificazione in base alla grandezza ed al numero
dei bilayer
Liposomi multilamellari
MLVs
OLVs
(diametro > 0.5nm)
(0.1 µm <diametro < 1 µm)
Liposomi unilamellari
GUVs
LUVs
(diametro > 1 µm)
(diametro >100 nm)
SUVs
(diametro < 100 nm)
Classificazione in base alla carica superficiale
Liposomi neutri (PC o SM)
Liposomi anionici (PS)
Liposomi cationici (sterilamina)
CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA COMPOSIZIONE CHIMICA ED
ALLA LORO APPLICAZIONE
Tipo di liposoma
Applicazione
Liposomi convenzionali o
classici
Targeting macrofagico
Depot topico
Liposomi Stealth
Targeting selettivo in alcuni
organi corporei
Immunoliposomi
Targeting organo /cellula
specifica
Liposomi cationici
Terapia genica
Parametri chimico-fisici che caratterizzano le preparazioni liposomiali
•Dimensione
•Indice di poliderspersione (P.I.)
•P.I. > 1 = liposomi eterogenei
•P.I. < 0.2 = liposomi omogenei
•Lamellarità
•Volume acquoso incapsulato
•Carica superficiale
LIPOSOMI COME “DRUG DELIVERY SISTEM”
•Interazione farmaco-liposoma
Metodi d’intrappolamento di farmaci idrofili
Solubilizzazione nel tampone d’idratazione del film lipidico
Gradiente di pH
Esterno della vescicola
pH = neutro
Interno della vescicola
pH = acido
Modello di “uptake” di una base debole in LUV (interno acido)
in risposta a
Gradiente di concentrazione
Rappresentazione schematica dell’intrappolamento di un farmaco
mediante gradiente di concentrazione
gradiente di concentrazione con sodio citrato
⇒ Fattori che influenzano l’intrappolamento
dei
farmaci
mediante
gradiente
di
concentrazione
♦Permeabilità delle due specie non
cariche
♦pka
Farmaci lipofili
⇒Metodo d’intrappolamento di farmaci lipofili
•Solubilizzazione del farmaco con i lipidi in un solvente organico
•Codeposizione del farmaco con i lipidi nel film lipidico mediante evaporazione
•Idratazione del film con un solvente acquoso
⇒ Fattori che influenzano l’intrappolamento dei farmaci lipofili
•Tipo di liposoma
•Caratteristiche chimico-fisiche del farmaco (coefficiente di ripartizione)
•Composizione lipidica
IMMUNOLIPOSOMI
Rappresentazione di immunoliposomi Stealth e convenzionali
INTERAZIONE IMMUNOLIPOSOMI/CELLULE
ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE
⇒ Importanza del PM del PEG per il riconoscimento e legame d’immunoliposomi Stealth
•PEG (PM>>>>>) impedisce il legame ligando/recettore
•PEG (PM<<<<<) riduce la vita media in vivo
LIPOSOMI TEMPERATURA-SENSIBILI
•Rilascio del farmaco da liposomi temperatura sensibili: ipertermia ( = riscaldamento
dell’organo/tessuto bersaglio dall’esterno)
•Applicazione in campo medico dei liposomi termosensibili: Terapia antitumorale
•Tipi di liposomi temperatura sensibili
•Liposomi contenenti lipidi che subiscono una transizione di fase
•Liposomi contenenti polimeri termosensibili
Liposomi costituiti da lipidi che subiscono una transizione di fase
Transizione di fase dei liposomi termosensibili
Gel Cristallo liquido
Tm > 37°C
Composizione lipidica di liposoma temperatura sensibili
Lipide principale = DSPC (= disteroilfosfatidilcolina, Tm = 54°C)
Co-lipide = DPPC (= dipalmitoilfosfatidilcolina, Tm = 41°C) o DPPG
(dipalmitolifosfatidilglicero, Tm = 41°C)
Liposomi contenenti polimeri termosensibili
•Caratteristiche dei polimeri termosensibili e dei loro derivati
a) LTCS = bassa temperatura di solubilizzazione critica
≅
a) Struttura molecolare di polimeri termosensibili a valori superiori/inferiori
alla LTCS
•T < LTCS - struttura “random coil”
•T > LTCS – struttura globulare
c) Composizione dei polimeri termosensibili sintetici: copolimeri (= 2 o + tipi di
monomeri)
d) Vantaggi offerti dai polimeri termosensibili sintetici
Ridotta risposta immunitaria
Sintesi industriale molto semplice
Versatilità strutturale
e) Copolimeri di tipo NIPAM [poli(NIPAM) = poli(N-isopropilacrilamide), LTCS ≅
32°C]
•Fattori che influenzano il rilascio del farmaco dai liposomi termosensibili
•Temperatura ambiente
T (= random coil globulare) >> Tm lipide (gel cristallo liquido) aumento del rilascio
del materiale intrappolato
•Uptake di liposoma contenente polimero termosensibile da parte delle cellule
LIPOSOMI pH-SENSIBILI
•Rilascio del farmaco da liposomi pH-sensibili: variazione del pH
nell’ambiente circostante
•Applicazione in campo medico dei liposomi pH-sensibili: Trattamento di
malattie dismetaboliche e chemioterapia
•Meccanismo di uptake dei liposomi da parte delle cellule e rilascio del materiale
intrappolato
Struttura chimica di lipidi debolmente acidi utilizzati per stabilizzare liposomi
pH-sensibili
a
b
c
d
e
= N-palmitoilomocisteina
= acido oleico (OA)
= colosteroilemisuccinato (CHEMS)
= N-dioleiolsuccinilfosfatidiletanolamina (suc-DOPE)
= diacilsuccinilglicerolo
Sistemi costituiti da liposomi e polimeri pH-sensibili
Polimeri sintetici pH-sensibili: polielettroliti
Esempi di polielettroliti utilizzati per sensibilizzare i liposomi alle variazioni di pH
a) Policationi (poli L-lisina, poli L-istidina, poliamidoamine)
Effetto del pH sulla carica della poli L-lisina/poli L-istidina
pH (= basico) polielettrolita neutro
pH (= neutro o acido) polielettrolita con carica positiva
Fattori responsabili della fusione indotta dalla poli L-lisina/poli L-istidina
pH dell’ambiente esterno
pKa del polielettrolita
Derivati del NIPAM
Struttura chimica di un derivato del NIPAM
Rappresentazione schematica dell’ipotetico meccanismo di rilascio del farmaco da
liposomi coperti con derivati del NIPAM
INTERAZIONE LIPOSOMA-CELLULA
I
Nucleo
IIa
II
IIb
IIc
IV
Endosoma
lisosoma
III
I = scambio o trasferimento di lipidi
II = adsorbimento [con perdita del contenuto verso l'ambiente intracellulare (IIa) o
verso l'ambiente extracellulare (IIb), e con scambio di lipidi tra liposoma e
membrana plasmatici (IIc)]
III = fusione
IV = endocitosi/fagocitosi
APPLICAZIONI DEI LIPOSOMI
CAMPO COSMETICO
CAMPO TERAPEUTICO
APPLICAZIONE DEI LIPOSOMI IN CAMPO COSMETICO
⇒ Vantaggi dei liposomi nell’applicazione cosmetica
Trasporto di sostanze idrofile o lipofile
Affinità per le membrane biologiche
Miglioramento dell’idratazione della pelle
Sicurezza tossicologica
Classificazione dei liposomi utilizzati in cosmesi
Ufasomi Vescicole lipidiche contenenti acidi grassi a lunga catena di origine vegetale
Sfingosomi Vescicole lipidiche costituite da sfingolipidi
Vantaggi
Stabili
Buon assorbimento cutaneo
Veicolazione di principi attivi di diversa natura
Niosomi Vescicole non fosfolipidiche costituite da tensioattivi
Vantaggi
Molto stabili
Buon capacità di ritenzione del composto intrappolato
Etosomi Fosfolipidi ed etanolo
Transferosomi vescicole contenenti fosfatidilcoline e acido miristico (1:1)
Esempi di prodotti antitumorali a base di formulazioni vescicolari in
commercio o in fase avanzata di sperimentazione
Fase di
sperimenta
zione
clinica/
Daunorubi DSPC:CHO DaunoXom
NeXtar
In vendita
cina
(2:1)
e
(Gilead
in USA ed
Pharmaceut Europa dal
icals)
1996
Doxorubic HSPC*/CHO/
Doxil
Sequus
In vendita
ina
PEG-PE
(Alza)
dal 1996
in USA ed
Europa
Doxorubic
Liposomi
DC99
The
Fase III
ina
Liposome
Company
Cisplatino
Liposomi
Platar
Aronex
Fase II
Sthealt
Antracicli
Liposomi
Liposomal
Aronex
Fase II
na
Annamycin
Acido
Liposomi
Atragen
Aronex
Fase II
retinoico
Farmaco
Liposomi
Nome
commercial
e
Ditta
Esempi di prodotti antimicrobici in formulazione liposomiale in commercio o in fase
di sperimentazione clinica
Farmaco
Liposomi/o
miscele
lipidiche
Malattia
Nome
commercial
e
Ditta
Fase di
sperime
ntazion
e clinica
Anfoter
Liposomi
Infezioni AmbiSome
NeXtar
In
icina B (fosfolipidi
fungine
(Gilead
vendita
saturi e
sistemich
Pharmaceutic in USA
colesterolo)
e
als)
ed
Europa
Anfoter
Miscele:
Infezioni Abelcet The Liposome
In
icina B farmaco/lipi fungine
Company
vendita
di
sistemich
in USA
e
ed
Europa
Anfoter Complessazio Infezioni Amphocil
Alza
icina B
ne del
fungine (Amphotec
farmaco con sistemich in USA)
colesterolo
e
solfato
Nistatin
liposomi
meningite Nyotran
Aronex
Fase
a
da
III
criptococ
co
Fase
liposomi
Infezioni Mikasome
NeXstar
Amicaci
II/III
microbic
(Gilead
he
Pharmaceutic
na
als)
Esempi di vaccini a base di liposomi in commercio o in fase avanzata di sperimentazione
Prodotto
Nome
commerciale
Ditta
Fase di
sperimentazione
clinica
Vaccino
per l’epatite A
Exapal
Istituto
Immunologico
Svizzero
Istituto
Immunologico
Svizzero
Istituto
Immunologico
Svizzero
Istituto
Immunologico
Svizzero
In vendita in
Svizzera dal 1994
Vaccino
per l’epatite B
Vaccino per il
tetano
Vaccino per la
difterite
Fase I
Fase I
Fase I
Prodotti liposomiali sul mercato o in una fase avanzata di sperimentazione clinica
Farmaco
Malattia
Nome
Ditta
commerciale
T4
XP (xeroderma
T4N5
endonucleasi
pigmentoso)
liposomes
Infezioni
Pevaryl®
fungine
Lipogel
AGI (2001)
V*
Econazolo
Janssen Cilag
