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Impactos dos Métodos de Preparação de Lipossomos na Perda de Lipídios

Estudo revela fatores cruciais que afetam a recuperação de lipídios na formação de lipossomos.

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Índice

Lipossomos são bolhas minúsculas feitas de lipídios, que são as gorduras que formam as membranas das nossas células. Eles são usados em muitos estudos científicos pra imitar membranas celulares. Existem três tipos principais de lipossomos com base no tamanho: vesículas unilamelares pequenas (SUVs), vesículas unilamelares grandes (LUVs) e vesículas unilamelares gigantes (GUVs). Este artigo vai focar nas SUVs e LUVs.

Como os Lipossomos São Feitos

Tem várias maneiras de preparar SUVs e LUVs. Uma abordagem comum envolve misturar lipídios em um solvente orgânico, secá-los em um filme fino e depois ressuspender esse filme em água ou um tampão. Depois disso, várias técnicas são usadas pra formar os lipossomos:

  1. Extrusão: Isso envolve empurrar a mistura de lipídios através de um filtro com buracos mínimos pra criar lipossomos de um tamanho específico.
  2. Congela-descongelamento: A mistura de lipídios é congelada e depois descongelada várias vezes, o que ajuda na formação dos lipossomos.
  3. Sonicação: Ondas sonoras de alta frequência são usadas pra quebrar a mistura de lipídios em lipossomos menores.

Cada método tem seus prós e contras. Por exemplo, a extrusão pode produzir lipossomos de tamanhos mais uniformes, enquanto a sonicação é mais rápida, mas pode resultar em tamanhos variados.

Problemas na Preparação de Lipossomos

Na hora de fazer lipossomos, pode ser difícil garantir que as quantidades certas de lipídios sejam usadas. Muitas vezes, os pesquisadores acham que não perderam lipídios durante a preparação. No entanto, estudos sugerem que o conteúdo lipídico pode variar, tanto dentro de um lote quanto entre lotes diferentes. Por exemplo, a quantidade de colesterol incluída pode afetar o produto final.

O Estudo

Nosso estudo tem como objetivo determinar quanto de lipídio se perde durante a formação de lipossomos e quão consistente é sua composição. Focamos numa mistura de lipídios comum com dois componentes: fosfatidilcolina oleoide de palmitato (POPC) e colesterol.

Métodos para Examinar Lipossomos

Criamos lipossomos a partir da nossa mistura de lipídios e usamos cromatografia líquida de alta performance com detecção por espalhamento de luz evaporativa (HPLC-ELSD) pra medir a composição e recuperação dos lipídios. Esse método nos permite identificar lipídios com base em suas propriedades conhecidas e quantificá-los com precisão.

Preparando Amostras

Pra preparar nossas amostras de lipossomos, primeiro misturamos nossas soluções lipídicas e depois secamos pra formar um filme fino. Depois, ressuspendemos esse filme em água e usamos diferentes métodos (extrusão, congelamento-descongelamento e sonicação) pra preparar os lipossomos. Após cada passo, pegamos amostras pra analisar quais lipídios permaneceram.

Analisando a Recuperação de Lipídios

Usando HPLC-ELSD, descobrimos que uma quantidade significativa de lipídio pode ser perdida durante a preparação. Em alguns casos, quase metade do lipídio foi perdida. A maior parte dessa perda ocorreu durante o passo de ressuspensão, mesmo quando uma mistura vigorosa foi usada.

O Efeito de Diferentes Técnicas

Nos nossos experimentos, vimos que o método de ressuspensão influenciou muito a recuperação de lipídios. Usar diferentes tipos de misturadores de vortex mostrou que alguns eram bem melhores em recuperar lipídios do que outros. A gente também analisou quanto tempo e quão rápido misturar os lipídios pra maximizar a recuperação.

Descobertas sobre a Perda de Lipídios

A partir das nossas descobertas, aprendemos que:

  • A ressuspensão é crítica e pode levar a uma perda substancial de lipídios, especialmente se feita de forma inadequada.
  • Diferentes misturadores de vortex podem resultar em resultados variados na recuperação de lipídios.
  • Tempos de mistura mais longos geralmente melhoraram as taxas de recuperação de lipídios.

O Papel do Tempo de Hidratacão

Também testamos quanto tempo hidratar o filme lipídico antes de misturar. Descobrimos que variar o tempo de hidratação teve pouco efeito na recuperação de lipídios. Isso significa que o tempo gasto hidratando o filme lipídico não foi tão importante para os nossos resultados.

Processo de Extrusão

O processo de extrusão em si causou pouca perda de lipídios. Embora alguns lipídios tenham sido perdidos, não foi tão significativo quanto as perdas observadas durante a ressuspensão.

Comparando Métodos de Síntese de Lipossomos

Realizamos experimentos pra comparar a eficácia dos três métodos de preparação de lipossomos. Nossos resultados indicaram:

  • Sonicação foi a mais eficaz na recuperação de lipídios, frequentemente alcançando recuperação quase completa.
  • Congela-descongelamento produziu melhores resultados do que a extrusão padrão, mas foi menos eficaz que a sonicação.
  • Extrusão padrão teve a maior perda de lipídios em comparação com os outros dois métodos.

Distribuição de Tamanho dos Lipossomos

Pra avaliar a distribuição de tamanho dos lipossomos produzidos por cada método, usamos uma técnica chamada Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS). Isso mostrou que os métodos de extrusão produziram lipossomos de tamanhos semelhantes, enquanto a sonicação resultou em uma variedade maior de tamanhos.

Efeitos da Concentração de Colesterol

Exploramos como diferentes proporções de colesterol em relação ao POPC afetam a recuperação e a composição dos lipídios. Usando diferentes misturas, encontramos que:

  • Concentrações mais altas de colesterol às vezes resultaram em menor recuperação de lipídios.
  • A composição geral dos lipídios permaneceu consistente em várias proporções.

Melhores Práticas para Preparação de Lipossomos

Com base nas nossas descobertas, sugerimos algumas melhores práticas pra preparar lipossomos:

  1. Use uma mistura rigorosa e longa (pelo menos 30 segundos) durante a ressuspensão pra maximizar a recuperação de lipídios.
  2. Considere usar ciclos de congelamento-descongelamento, especialmente se o passo de ressuspensão não resultar em recuperação completa.
  3. A sonicação também pode melhorar os rendimentos de lipídios.
  4. Aceite que algumas pequenas perdas são típicas durante o passo de extrusão e planeje accordingly.
  5. Valide seu próprio método de preparação pra garantir confiabilidade.

Conclusão

Nosso estudo destaca os impactos de vários métodos de preparação na perda de lipídios e na composição para a formação de lipossomos. O passo de ressuspensão é particularmente crucial e pode levar a uma perda significativa de lipídios se não for feito corretamente. Seguindo as melhores práticas identificadas neste trabalho, os pesquisadores podem alcançar melhores resultados em suas preparações lipídicas para várias aplicações.

No geral, é essencial que os pesquisadores verifiquem a recuperação e a composição dos lipídios em suas próprias preparações de lipossomos, já que variações podem impactar bastante os resultados experimentais.

Fonte original

Título: Lipid loss and compositional change during preparation of liposomes by common biophysical methods

Resumo: Liposomes are widely used as model lipid membrane platforms in many fields, ranging from basic biophysical studies to drug delivery and biotechnology applications. Various methods exist to prepare liposomes, but common procedures include thin-film hydration followed by extrusion, freeze-thaw, and/or sonication. These procedures have the potential to produce liposomes at specific concentrations and membrane compositions, and researchers often assume that the concentration and composition of their liposomes are similar to, if not identical, to what would be expected if no lipid loss occurred during preparation. However, lipid loss and concomitant biasing of lipid composition can in principle occur at any preparation step due to nonideal mixing, lipid-surface interactions, etc. Here, we report a straightforward method using HPLC-ELSD to quantify the lipid concentration and membrane composition of liposomes, and apply that method to study the preparation of simple POPC/cholesterol liposomes. We examine many common steps in liposome formation, including vortexing during re-suspension, hydration of the lipid film, extrusion, freeze-thaw, sonication, and the percentage of cholesterol in the starting mixture. We found that the resuspension step can play an outsized role in determining the overall lipid loss (up to [~]50% under seemingly rigorous procedures). The extrusion step yielded smaller lipid losses ([~]10-20%). Freeze-thaw and sonication could both be employed to improve lipid yields. Hydration times up to 60 minutes and increasing cholesterol concentrations up to 50 mole% had little influence on lipid recovery. Fortunately, even conditions with large lipid loss did not substantially influence the target membrane composition more than [~]5% under the conditions we tested. From our results, we identify best practices for producing maximum levels of lipid recovery and minimal changes to lipid composition during liposome preparation protocols. We expect our results can be leveraged for improved preparation of model membranes by researchers in many fields. Statement of SignificanceLiposomes are spherical lipid membranes that can be prepared by a variety of biophysical techniques. Researchers use liposomes in a variety of ways, including fundamental biophysical studies of lipid membranes, in drug delivery, drug formulation, and other biotechnology applications. In this report, we study the process to prepare liposomes by several common techniques and validate how reliable each technique is at producing consistent liposome concentrations and lipid compositions. We identify best practices for researchers to produce reliable liposome preparations.

Autores: Robert J Rawle, E. Kim, O. Graceffa, R. Broweleit, A. Ladha, A. Boies

Última atualização: 2024-06-02 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.30.596670

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.30.596670.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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