¿Qué se debe considerar al elegir un fosfolípido?

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temperatura de transición de fase

La temperatura de transición de fase se define como la temperatura requerida para inducir un cambio en el estado físico de los lípidos desde una fase de gel ordenada a una fase de cristal líquido desordenada, donde las cadenas de hidrocarburos están completamente extendidas y apretadas, donde las cadenas de hidrocarburos están orientadas aleatoriamente. y móvil [1,2]. Varios factores afectan directamente la temperatura de transición de fase, incluida la longitud de la cadena de hidrocarburos, el grado de insaturación, la carga y las especies del grupo de cabeza. A medida que aumenta la longitud de la cadena de hidrocarburos, las interacciones de van der Waals se vuelven más fuertes, requiriendo más energía para romper el empaquetamiento ordenado y, por lo tanto, aumenta la temperatura de transición de fase. Asimismo, la introducción de un doble enlace en el grupo acilo hace que la cadena se retuerza, lo que da como resultado una disposición ordenada del empaquetamiento a temperaturas más bajas.

Controlar la temperatura de transición de los lípidos puede resultar útil al desarrollar nuevos productos, procesos o métodos. Si elige un lípido con una temperatura de transición de fase alta, las vesículas lipídicas siempre estarán en la fase de gel y no tendrán fugas. Por el contrario, cuando la temperatura de transición de fase del lípido está entre la temperatura inicial y la temperatura final del sistema, las vesículas se vuelven fácilmente permeables cuando el lípido sufre una transición de fase y las sustancias encapsuladas pueden liberarse. Además, también se debe considerar cómo la temperatura de transición del lípido afecta los pasos de procesamiento. Cuando se requiere filtración, el uso de lípidos con una temperatura de transición de fase alta puede plantear algunos problemas técnicos.

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estabilidad

La estabilidad a largo plazo o la vida útil de los medicamentos que contienen lípidos pueden verse significativamente afectadas por el tipo de lípido en la formulación. Generalmente, cuanto mayor es el grado de insaturación del compuesto, más susceptible es el producto a la oxidación y más corta es la vida útil del producto. Los lípidos de origen biológico (p. ej., huevos, ganado vacuno o soja) suelen contener altas cantidades de ácidos grasos poliinsaturados, que son menos intrínsecamente estables que los ácidos grasos saturados. Si bien los lípidos saturados son más estables frente a la oxidación, también tienen una temperatura de transición de fase mucho más alta, lo que genera dificultades adicionales en la formulación. Si es necesaria la insaturación de ácidos grasos, utilice ácidos grasos insaturados inferiores siempre que sea posible. En la mayoría de los casos, el ácido oleico (18:1, cis D9) es suficiente para la insaturación y, dado que el ácido oleico es monoinsaturado, es mucho más estable que los ácidos grasos poliinsaturados.

Los problemas de estabilidad debidos a la degradación hidrolítica son un problema común con los productos lipídicos. Las formulaciones acuosas de productos farmacéuticos suelen ser menos estables porque la presencia de grandes cantidades de agua puede provocar una rápida degradación hidrolítica de las formulaciones lipídicas [3,4,5]. Esta hidrólisis depende de varios factores, incluido el pH [3], la temperatura [3,5], las sustancias tampón [5], la fuerza iónica, la longitud de la cadena de acilo, los grupos de cabeza de fosfolípidos [4] y el estado de agregación [4]. La discusión y el resumen de estos factores también pueden referirse a otra literatura [6]. Se ha demostrado que esta hidrólisis puede deberse a la penetración de agua en la membrana. Simon y McIntosh [7] determinaron la profundidad de penetración del agua en membranas construidas con fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidiletanolamina (PE)/colesterol mediante difracción de rayos X y mediciones de capacitancia específicas. En las membranas de PE, el agua penetra más profundamente cerca de los carbonilos, mientras que en las membranas de PE que contienen colesterol, el agua penetra sólo hasta la cadena principal de glicerol. Esto sugiere que el colesterol puede desempeñar un papel en la estabilización de la hidrólisis de la membrana lipídica.

Mantener las membranas estables ha sido objeto de investigación durante muchos años. El objetivo principal de este estudio fue estabilizar liposomas intactos en forma de polvo seco para que conserven su contenido capturado cuando se reconstituyan. Más recientemente, las formulaciones lipídicas se han estabilizado con carbohidratos [8,9]. Una posible razón para el efecto estabilizador de los carbohidratos sobre las membranas lipídicas es que los carbohidratos pueden insertarse en la región de la cabeza cerca de la interfaz membrana/agua y expulsar el agua de esta región. En formulaciones de lípidos secos, esto ayudará a mantener la condición "hidratada". película lipídica y mantener la integridad de la estructura liposomal. Si esto es cierto, entonces en un ambiente acuoso los carbohidratos aún pueden entrar en esta área y desplazar el agua. Esto tenderá a estabilizar la membrana contra su hidrólisis.

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cargar

La superficie de muchas membranas biológicas tiene una carga neta negativa, generalmente impartida por fosfolípidos aniónicos. Los principales fosfolípidos aniónicos naturales son la fosfatidilserina (PS), el fosfatidilinositol (PI), el ácido fosfatídico (PA) y la cardiolipina. Algunas bacterias también contienen fosfatidilglicerol (PG). Las cargas pueden dotar a las membranas de funciones específicas. Por ejemplo, varios pasos de la cascada de la coagulación requieren membranas lipídicas. El ensamblaje de agregados de proteínas en las superficies de las plaquetas requiere una superficie de membrana cargada negativamente. La conversión de protrombina en trombina no solo requiere una superficie cargada negativamente sino que también tiene ciertos requisitos específicos de lípidos, limitados a fosfatidilserina (PS) y ácido fosfatídico (PA) [10]. Aunque la proteína de la coagulación se une tan estrechamente a PG o PI como a PS o PA, la actividad es mucho menor. Por lo tanto, en algunos sistemas no sólo se deben cumplir los requisitos de carga, sino que también se deben exigir lípidos específicos.

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mezcla de lípidos

En muchos casos, un solo tipo de lípido no produce las propiedades fisicoquímicas requeridas para un sistema particular o no imita adecuadamente el sistema natural que pretende reemplazar o replicar. Para estas preguntas, considere mezclas de lípidos complejas compuestas de dos o más lípidos diseñados para generar o reproducir relaciones de carga, grados de insaturación, temperaturas de transición de fase o funciones biológicas específicas. Para reproducir la función de los extractos naturales de tejido cerebral, se descubrió que la proporción de lípidos sintéticos PE:PS:PC de 5:3:2 (% en peso) puede lograr resultados satisfactorios [11]; este resultado también muestra una composición de fosfolípidos común en la mayoría de los tejidos cerebrales. Además, muchos reactivos de coagulación disponibles comercialmente que solían contener extractos crudos de cerebro están siendo reemplazados por mezclas de lípidos sintéticos. Esta mezcla alternativa tiene varias ventajas: estabilidad mejorada debido a la ausencia de ácidos grasos poliinsaturados en los extractos biológicos; además, también se mejora la reproducibilidad de las mezclas de lípidos. La mezcla de varios tipos de lípidos tampoco requiere mucho esfuerzo durante la preparación de la muestra. Si la cantidad de reactivo lipídico es suficiente, el proveedor de lípidos lo premezcla según las especificaciones del usuario y proporciona un producto listo para usar.

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colesterol

El colesterol es un componente de la membrana ampliamente presente en los sistemas biológicos y tiene un papel único en la regulación de la fluidez, elasticidad y permeabilidad de la membrana. Cuando la proteína se incrusta en la membrana, llena los huecos creados por el ensamblaje imperfecto de otras especies de lípidos. El colesterol desempeña esencialmente el mismo papel en las membranas modelo. Lamentablemente, el colesterol puede presentar ciertos problemas cuando se utiliza en medicina humana. Las fuentes de colesterol de alta pureza adecuadas para uso clínico no están ampliamente disponibles. La mayor parte del colesterol disponible comercialmente se deriva de los huevos o la lanolina (de origen ovino). Es posible que estas fuentes animales no sean adecuadas para su uso en medicina humana debido a una posible contaminación viral. Además, el colesterol se oxida fácilmente, lo que plantea problemas de estabilidad para los productos farmacéuticos a base de lípidos [12]. Algunos de estos subproductos de oxidación tienden a ser bastante tóxicos en los sistemas biológicos. Los productos de oxidación son 25-hidroxicolesterol, 7-carbonilcolesterol, 7a- y 7β-hidroxicolesterol, colestano-3β, 5a, 6β-trioles y 5- y 7-hidroperóxidos [13]. Esto sugiere que los resultados de los estudios de aterosclerosis pueden ser ambiguos debido a la probable presencia de altas cantidades de esteroles oxidados.

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fuente

Los fosfolípidos provienen de dos fuentes básicas: síntesis química y extracción de tejidos animales. Los fosfolípidos derivados de tejidos animales suelen derivarse de huevos o de bovinos. Para aplicaciones clínicas, estos fosfolípidos de origen animal no son adecuados debido a problemas de estabilidad y la posibilidad de contaminación viral o proteica. La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU. emitió un boletín que restringe la fuente de tejido bovino a países y animales que hayan sido certificados libres de la "enfermedad de las vacas locas". (EEB, encefalopatía espongiforme bovina). El ganado estadounidense no ha sido certificado libre de EEB y no puede utilizarse para producir productos farmacéuticos. Actualmente, las fuentes de huevos no están restringidas, pero los productos farmacéuticos pueden requerir pruebas adicionales para detectar contaminación viral. Independientemente de las cuestiones regulatorias, los fosfolípidos derivados de tejidos animales han perdido su ventaja sobre los fosfolípidos sintéticos. Además, son inherentemente menos estables debido a la presencia de ácidos grasos poliinsaturados. Además, en la mayoría de los casos, el coste de producción de los fosfolípidos sintéticos no es muy diferente del de los fosfolípidos derivados de tejidos animales, o incluso es menor.

Además, los lípidos sintéticos no son necesariamente completamente iguales debido a las diferentes fuentes de materias primas. Los lípidos sintéticos se pueden preparar a partir de glicerol o glicerol-3-fosfocolina (GPC). En este último caso, los GPC a veces se denominan fosfolípidos semisintéticos porque derivan de plantas o animales. Los fosfolípidos derivados de glicerol requieren centros quirales sintéticos, lo que puede dar lugar a impurezas isoméricas quirales en el producto final. Los lípidos preparados con GPC de origen animal pueden sufrir los mismos problemas de contaminación viral y proteica que los mencionados anteriormente, aunque una fuente vegetal típica de GPC es la lecitina de soja, que, por supuesto, también puede sintetizarse químicamente.

referencias:

1. Small, DM, Manual de investigación de lípidos: la química física de los lípidos, de los alcanos a los fosfolípidos, vol. 4, Plenum Press, Nueva York, 1986.

2. Ellens, H., Bentz, J. y Szoka, FC, Desestabilización de liposomas de fosfatidiletanolamina a la temperatura de transición de fase hexagonal, Biochemistry, 25, 285, 1986.

3. Frrkjaer, S., Hjorth, EL y Wrrts, O., Estabilidad y almacenamiento de liposomas, en Optimización de la administración de fármacos, Bundgaard, H., Bagger Hansen, A. y Kofod, H., Eds., Munksgaard. , Copenhague, 1982, 384.

4. Kensil, CR y Dennis, EA, Hidrólisis alcalina de fosfolípidos en membranas modelo y la dependencia de su estado de agregación, Biochemistry, 20, 6079, 1981.

5. Grit, M., de Smidt, JH, Struijke, A. y Crommelin, DJA, Hidrólisis de fosfatidilcolina en dispersiones acuosas de liposomas, Int. J. Pharm., 50, 1, 1989.

6. Grit, M., Zuidam, NJ y Crommelin, DJA, Análisis y cinética de hidrólisis de fosfolípidos en dispersiones acuosas de liposomas, en Tecnología de liposomas: preparación de liposomas y técnicas relacionadas, vol. 1, 2.ª ed., Gregoriadis, G., Ed., CRC Press, Ann Arbor, 1993, 527.

7. Simon, SA y McIntosh, TJ, Profundidad de penetración del agua en bicapas lipídicas, Meth. Enzymol., 127, 511, 1986.

8. Crowe, JH y Crowe, LM, Factores que afectan la estabilidad de los liposomas secos, Biochim. Biofísica. Acta, 939, 327, 1988.

9. Crowe, JH, Crowe, LM, Carpenter, JF y Aurell Winstrom, C., Estabilización de proteínas y bicapas de fosfolípidos secos mediante azúcares, Biochem. J., 242, 1 1987.

10. Jones, ME, Lentz, BR, Dombrose, FA y Sandberg, H., Comparación de las capacidades de las membranas sintéticas y derivadas de plaquetas para mejorar la formación de trombina, Thromb. Res., 39, 711, 1985.

11. van den Besselaar, AMHP, Neuteboom, J. y Bertina, RM, Efecto de los fosfolípidos sintéticos sobre la respuesta del tiempo de tromboplastina parcial activada a la heparina, Blood Coag. Fibrinol., 4, 895, 1993.

12. Smith, LL, Autooxidación del colesterol, Plenum Press, Nueva York, 1981.

13. Taylor, CB, Peng, SK, Werthesen, NT, Than, P. y Lee, KT, Derivados antitóxicos del colesterol de aparición espontánea, Am. J.Clin. Nutri., 32, 40, 1979.

Este artículo está traducido de Burgess, SW, Moore, JD y Shaw, WA, Handbook of Nonmedical Applications of Liposome: From Design to Microreactors, vol. 3, Y. Barenholz & D. Lasic, Eds., CRC Press, Ann Arbor, 1996, 5.