Els liposomes, un model artificial biomimètic fruit de l’atzar

L'article de Miquel Oliver Rodríguez va participar en el II Concurs de Divulgació Científica de la UIB

La serendipitat és aquell descobriment valuós que es produeix de manera accidental o per casualitat. L’atzar ha tengut un paper fonamental en la ciència durant una era d’afortunades troballes. La penicil·lina, els raigs X, la radioactivitat o la sacarina són descobriments fruit de l’atzar, descuits o el desordre. Els liposomes són també una d’aquestes troballes fruit d’un accident fortuït.

A principis dels anys seixanta, en ple auge de les biomembranes i el seu estudi a través del microscopi electrònic, es va produir una serendipitat. Mentre Alex Bangham estudiava el paper de les membranes biològiques, en particular, els fosfolípids, en el procés de coagulació de la sang va observar una cosa que el va deixar fascinat. Jugant amb frotis (fina pel·lícula de mostra) de lecitina d'ou va veure, amb sorpresa, la forma en què interactuaven amb l'aigua per formar frondes mòbils d'estructura delicada i intricada.

Amb el seu company Horne tengueren la certesa que els fosfolípids en aigua formaven estructures tipus bossa. Simplement havien d’agitar fosfolípids en aigua i la solvatació i l’entropia assegurarien la formació espontània de sistemes de membrana tancada a les quals anomenarien “bangasomes” i, més tard, “liposomes”; del grec lipos (greix) y soma (cos).

Els liposomes són vesícules (bombolles microscòpiques) compostes per fosfolípids, la molècula predominant en les membranes de les nostres cèl·lules. Però què tenen de particular? Els fosfolípids són una classe de greix o lípid amfipàtic (figura 1) amb un extrem (el cap) soluble en aigua o hidrofílic, i un extrem (dues coes) a qui no li agrada l’aigua, hidrofòbic.

Així, en aigua, els fosfolípids es reorganitzen en forma de bicapes lipíbiques amb els caps cap a l'exterior i l'interior de la vesícula en contacte amb l'aigua i les cues de cada monocapa mirant-se l'una a l'altra per evitar l'aigua (figura 2).

Des de llavors, els liposomes han estat estudiats extensament i les seves propietats han estat explotades tant en el camp de la medicina, la farmàcia i la cosmètica com també en la indústria alimentària. Les aplicacions són molt diverses, però totes es basen en el concepte d'encapsulació de fàrmacs, vitamines, extractes vegetals i fins i tot material genètic dins del liposoma.

Malgrat que l’encapsulació i el transport és l’aplicació més usada, els liposomes tenen altres utilitats dins el món de la investigació. Presenten una bicapa similar a la membrana cel·lular i es poden usar com a models artificials biomimètics simplificats de la cèl·lula.

Amb aquesta finalitat, en el nostre grup sintetitzam liposomes basats en lecitina de soja com a model de membrana natural. La lecitina, tot i ser més complexa que un fosfolípid pur sintètic, fa que els nostres liposomes s'assemblin més a les membranes dels éssers vius, i obtenim resultats més semblants a la realitat.

Encara que originalment els nostres liposomes estaven composts només per lecitina de soja, hem experimentat afegint-hi altres lípids1 amb la idea de donar complexitat a la membrana i modificar-ne les propietats fisicoquímiques, com la càrrega superficial, l’organització dels fosfolípids, la fluïdesa i la hidratació.

Perquè un compost faci la seva funció (beneficiosa o tòxica) en el nostre cos, primer ha de creuar la membrana cel·lular, de manera que els principals determinants de l'absorció d'aquest compost són les seves interaccions amb els lípids que componen la membrana.

Els liposomes ens permeten estudiar l'efecte dels contaminants sobre la seva bicapa lipídica, la qual cosa ens serveix com a aproximació del que pot passar a la membrana cel·lular, però sense recórrer a cultius cel·lulars complexos i delicats ni enfrontar-nos a l'ètica de l'experimentació amb éssers vius.

L’alteració que causa un compost en els liposomes es pot relacionar amb el seu grau d’afinitat amb la membrana. És a dir, com més gran sigui la pertorbació a la bicapa, més gran serà la quantitat de compost que incorpori i que pugui acumular-se en les nostres cèl·lules2.

No només això; amb aquests estudis podem saber si aquest contaminant provoca un augment de la fluïdesa de la membrana o n’altera la hidratació o organització, afectant, per tant, el correcte funcionament cel·lular. A la vegada, també podem relacionar aquest canvi en la membrana amb la toxicitat, de manera que els liposomes ens permeten tenir una idea preliminar de com de perjudicial pot ser un compost en les nostres cèl·lules.

Els resultats obtinguts s’han comparat amb estudis cel·lulars3, animals i també amb experiments de ressonància magnètica nuclear i simulacions computacionals teòriques de membrana4, obtenint-ne observacions similars; es reforça, així, la idea de l’ús de liposoma com a model biomimètic de membrana per conèixer el risc potencial d’un contaminant d’una manera fàcil, ràpida i econòmica.

Els liposomes també ens permeten avaluar la quantitat o fracció d'un compost que pot ser absorbit en el nostre cos i arribar al torrent sanguini, ja sigui simulant permeació a través de la pell o l'assimilació d'aquest compost a l'intestí. Aquesta fracció de compost es coneix com la "fracció biodisponible", que és la que el nostre cos capta realment. Per tant, posant en contacte els liposomes amb una quantitat inicial coneguda de compost durant un cert temps, i analitzant-ne la quantitat no absorbida, podem conèixer la major o menor biodisponibilitat d'aquest compost. Aquest valor ens permet avaluar, en el cas d'un contaminant present en el medi ambient, el perill real que representa per als éssers vius.

Per tant, entendre la interacció de fàrmacs o contaminants amb la membrana és de gran interès per saber realment fins a quin punt un compost pot alterar el nostre cos a nivell cel·lular, i els liposomes són la millor eina per a aquest propòsit. Aquestes petites bombolles de greix, després d'haver complert gairebé 60 anys, segueixen sent un element molt valuós en molts àmbits de la nostra societat, i no dubt que el seu futur continua sent prometedor, ampliant el seu ventall de possibilitats i aplicacions.

Referències bibliogràfiques

  1. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120600
  2. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b00772
  3. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137358
  4. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140096

Data de publicació: Mon Dec 13 15:52:00 CET 2021