Калориметрическое и спектрофотометрическое исследование комплексных липосом содержащих кальций

Автор: Мдзинарашвили Т.Д., Хведелидзе М.М., Шекиладзе Э.Р., Чинчаладзе С.В., Мдзинарашвили М.Т.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 2 (104) т.28, 2024 года.

Бесплатный доступ

Проведено калориметрическое и спектрофотометрическое исследование липосом с добавлением кальция и без него, полученных с помощью двух фосфолипидов (дипальмитоилфосфатидилхолин ( DPPC ) и 1-пальмитоил-2-линолеоил-фосфатид ( DPPA )). Липосомы размером 200 нм были приготовлены по новой технологии. В качестве кальцийсодержащих молекул был использован CaCO3, который в медицине применяется как кальциевая добавка или как препарат от повышенной кислотности желудка. Липосомы были приготовлены в воде и в 20%-ном глицериновом растворе. Как калориметрические, так и спектрофотометрические эксперименты показали, что приготовленные по новой технологии кальцийсодержащие молекулы инкорпорируются в структурах липосом, что предоставляет возможность их использования в лечебных целях. Также необходимо отметить, что в таких липосомах кальций размещается в больших количествах и его попадание в кровоток не вызывает побочных эффектов. В работе была показана структура и термостабильность комплексных липосом. Полученные в ходе экспериментов кальцийсодержащие наночастицы могут быть как униламеллярными, так и мультиламеллярными. Их состояние зависит от типа фосфолипида и от среды, в которой липосомы получены. Липосомы, приготовленные в воде и в глицерине на основе DPPC фосфолипида, получились мультиламеллярными. Липосомы без добавки кальция, приготовленные основе DPPA фосфолипида в воде, получились униламеллярными, а с кальцием - мультиламеллярными. Липосомы, приготовленные на основе DPPA фосфолипида в глицерине, не зависимо от наличия в них кальция, получились мультиламеллярными. Кальцийсодержащие липосомы при успешном испытании на животных можно будет рекомендовать для людей, страдающих гиперкальциемией.

Еще

Калориметрия, сложные наночастицы, липосомы, кальций

Короткий адрес: https://sciup.org/146282972

IDR: 146282972   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.2.12

Список литературы Калориметрическое и спектрофотометрическое исследование комплексных липосом содержащих кальций

  • Calcium carbonate / M.M. Al Omari, I.S. Rashid, N.A. Qinna, A.M. Jaber, A.A. Badwan. // Profiles Drug Subst. Excip. Relat. Methodol. - 2016. - No. 41. - P. 13-31.
  • Balmayor, E.R. Gene therapy for bone engineering / E.R. Balmayor, M. van Griensven // Front. Bioeng. Biotechnol. - 2015. DOI: 10.3389/fbioe.2015.00009
  • Nordin, B.E. Calcium and osteoporosis / B.E. Nordin // Nutrition. - 1997. - no. 13. - P. 466-486.
  • Nordin, B.E. The calcium deficiency model for osteoporosis / B.E. Nordin, H.A. Morris // Nutr. Rev. - 1989. - No. 47. -P. 65-72.
  • Management of hypoparathyroidism: present and future / J.P. Bilezikian, M.L. Brandi, N.E. Cusano, M. Mannstadt, L. Rejnmark, R. Rizzoli, M.R. Rubin, K.K. Winer, U.A. Liberman, J.T. Potts // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 2016. - No. 101. - P. 13-24.
  • Atomic view of calcium-induced clustering of phosphatidylserine in mixed lipid bilayers. / J.M. Boettcher, R.L. Davis-Harrison, M.C. Clay, A.J. Nieuwkoop, Y.Z. Ohkubo, E. Tajkhorshid, J.H. Morrissey, C.M. Rienstra // Biochemistry. - 2011. - no. 29. -P. 2264-2273.
  • Bose, S. Calcium phosphate ceramic systems in growth factor and drug delivery for bone tissue engineering / S. Bose, S. Tarafder // Acta Biomater. - 2012. - No. 8. - P. 1401-1421.
  • Carrick, A.I. Rapid fire: hypercalcemia / A.I. Carrick, H.B. Costner // Emerg. Med. Clin. North. Am. - 2018. -No. 36. - P. 549-555.
  • Osteotropic nanoscale drug delivery systems based on small molecule bone-targeting moieties / E.J. Carbone, K. Rajpura, B.N. Allen, E. Cheng, B.D. Ulery, K.W.H. Lo // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, And Medicine. - 2017. - No. 13. - P. 37-47.
  • Development of nanomaterials for bone-targeted drug delivery / H. Cheng, A. Chawla, Y. Yang, Y. Li, J. Zhang, H.L. Jang, A. Khademhosseini // Drug Discovery Today. - 2017. -No. 22. - P. 1336-1350.
  • Chiu, M.H. Differential scanning calorimetry: an invaluable tool for a detailed thermodynamic characterization of macromolecules and their interactions / M.H. Chiu, E.J. Prenner // Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences. -2011. -No. 3. - P. 39-59.
  • Cullis, Pt. Lipid polymorphism and the functional roles of lipids in biological membranes / Pt. Cullis, B. De. Kruijff // Biochim. Biophys. Acta. - 1979. - Vol. 559, no. 4. -P. 399-420.
  • A model of hydrogen bond formation in phosphatidylethanolamine bilayers / A. David, A. Pink, McNeil A. Stew, A. Bonnie Quinn, J. Martin, B. Zuckermann // Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes. - 1998. -Vol. 1368, no. 2. - P. 289-305.
  • Shekiladze, E. Calorimertic study the stability of DPPC liposomes and C and E vitamins complexes / T. Mdzinarashvili, M. Khvedelidze // Experimental and Clinical medicine. - 2017. - Vol. 2. -P. 71-73.
  • Bone diseases: current approach and future perspectives in drug delivery systems for bone targeted therapeutics / G. Chindamo, S. Sapino, E. Peira, D. Chirio, M.C. Gonzalez, M. Gallarate // Nanomaterials. - 2020. - Vol. 10, no. 5. -P. 875-883.
  • Grigore, M.E. Drug delivery systems in hard tissue engineering / M.E. Grigore // J. Biotechnol. Biomed. Eng. - 2018. - Vol. 1. - P. 1001-1006.
  • Exhibit different biopharmaceutical profiles in vitro / M. Haghi, M. Bebawy, P. Colombo, B. Forbes, D.A. Lewis, R. Salama, D. Traini, P.M. Young // Eur. J. Pharm. Biopharm. - 2014. - Vol. 86. - P. 38-45.
  • Liposomes: structure, composition, types, and clinical applications / H. Nsairat, D. Khater, U. Saye, F. Odeh // Heliyon. - 2022. - Vol. 8, no. 5. - P. 09394.
  • Huster, D. Strength of Ca (2+) binding to retinal lipid membranes: consequences for lipid organization / D. Huster, K. Arnold, K. Gawrisch // J. Biophys - 2000. -Vol. 78. - P. 3011-3018.
  • John, P. Bilezikian. Primary Hyperparathyroidism. // J. Clin. Endocrinol Metab. - 2018. - Vol. 103, no. 11. - P. 3993-4004.
  • The effects of calcium supplementation to patients with primary hyperparathyroidism and a low calcium intake / R. Jorde, K. Szumlas, E. Haug, J. Sundsfjord // Eur. J. Nutr. -2002. - Vol. 41, no. 6. - P. 258-63.
  • Ke Ren, A.D. Drug delivery strategies for treating osteoporosis / A.D. Ke Ren // Orthop. Muscular Syst. - 2014. - Vol. 2. -P. 8-11.
  • Kuck, L. Calcium dynamically alters erythrocyte mechanical response to shear. / L. Kuck., J.N. Peart, M.J. Simmonds // Biochimica et Biophysica. -2020. - Vol. 1867. - P. 11-17.
  • Liu, B. Highly purified scavenger receptor class b, type i reconstituted into phosphatidylcholine/cholesterol liposomes mediates high affinity high density lipoprotein binding and selective lipid uptake / B. Liu, M. Krieger // J. Biol. Chem. - 2002. - Vol. 277, no. 37. - P. 34125-34135.
  • Recent advances of cell membrane-coated nanomaterials for biomedical applications / W.L. Liu, M.Z. Zou, S.Y. Qin, Y.J. Cheng, Y.H. Ma, Y.X. Sun // Adv. Funct. Mater. - 2020. - Vol. 30, no. 39. - P. 2003559.
  • Mabrey, S. Investigation of phase transitions of lipids and lipid mixtures by sensitivity differential scanning calorimetry / S. Mabrey, J.M. Sturtevant // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1976 - Vol. 73. - P. 3862-3866.
  • Martín-Molina, A. Effect of calcium and magnesium on phosphatidylserine membranes: experiments and all-atomic simulations / A. Martín-Molina, C. Rodríguez-Beas, J. Faraudo // Biophysical Journal. - 2012. - Vol. 102. - P. 2095-2103.
  • Calcium-lipid interactions observed with isotope-edited infrared spectroscopy / L.V. Mason, E.C. Alfredo, E. Ron, R.B. Carlos // Biophys. J. - 2020. - Vol. 118, no. 11. -P. 2694-2702.
  • Dendrimer, liposomes, carbon nanotubes and PLGA nanoparticles: one platform assessment of drug delivery potential / M. Nishi, K.T. Rakesh, K.M. Neelesh, C. Prashant, K.J. Narendra // American Association of Pharmaceutical Scientists. - 2014.
  • Glycerol-induced membrane stiffening: the role of viscous fluid adlayers / L. Pocivavsek, K. Gavrilov, K.D. Cao, E.Y. Chi, D. Li, B. Lin, M. Meron, J. Majewski, K.Y.C. Lee // Biophys. J. - 2011. - Vol. 101. - no. 1. - P. 118-127.
  • Liposomes: structure, biomedical applications, and stability parameters with emphasis on cholesterol / P. Nakhaei, R. Margiana, D.O. Bokov, W.K. Abdelbasset, M. Amin J. Kouhbanani., R.S. Varma, F. Marofi, M. Jarahian, N. Beheshtkhoo // Front. Bioeng. Biotechnol. - 2021. -Vol. 9. - P. 705886.
  • Investigating the structure of multicomponent gel-phase lipid bilayers / R. Hartkamp, T.C. Moore, C.R. Iacovella, M.A. Thompson, P. Bulsara, D.J. Moore, C. Mccabe // Biophysical Journal. - 2016. - Vol. 111, no. 4. - P. 813-823.
  • Salgado, A.J. Bone tissue engineering: state of the art and future trends / A.J. Salgado, O.P. Macromol Coutinho, R.L. Reis // Biosci. - 2004. - Vol. 4. -P. 743-765.
  • Ul-Islam A: Liposome as a carrier for advanced drug delivery / S.M. Shaheen, A.R. Shakil, M.N. Hossen, M. Ahmed, M.S. Amran // Pak. J. BiolSci. - 2006. - Vol. 9, no. 6. - P. 1181-1191.
  • Ca2+ channel nanodomains boost local Ca2+ amplitude / A.J. Salgado, R.W. Tsien, D.T Yue // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2013. -Vol. 110.- P. 15794-15799.
  • Structural changes in dipalmitoylphosphatidylcholine bilayer promoted by Ca (2+) ions: a small-angle neutron scattering study / D. Uhrikova, N. Kucerka, J. Teixeira, V. Gordeliy, P. Balgavy // Chemistry and Physics of Lipids. -2008. - Vol. 155. - P. 80-89.
  • Calcium and vitamin-D deficiency marginally impairs fracture healing but aggravates posttraumatic bone loss in osteoporotic mice / V. Fischer, M. Haffner-Luntzer, K. Prystaz, A. vom Scheidt, B. Busse, T. Schinke, M. Amling // Sci. Rep. - 2017. - Vol. 7. - P. 7223.
  • Vo, T.T.N. Strategies for controlled delivery of growth factors and cells for bone regeneration / T.T.N. Vo, F.K. Kasper, A.G.A. Mikos // Adv. Drug Deliv. - 2012. - Vol. 64. -P. 1292-1309.
  • Nanotechnology in bone tissue engineering. Nanomed. Nanotechnol / G.G. Walmsley, A. McArdle, R. Tevlin, A. Momeni, D. Atashroo, M.S. Hu, A.H. Feroze, V.W. Wong, P.H. Lorenz, M.T. Longaker // Biol. Med. - 2015. -Vol. 11. - P. 1253-1263.
  • Xin L. Formation strategies, mechanism of intracellular delivery and potential clinical applications of pH-sensitive liposomes / L. Xin, H. Guihua // Asian. Journal of Pharmaceutical Sciences, - 2013. - Vol. 8. - P. 319-328.
  • Role of phospholipids and copolymers in enhancing stability and controlling degradation of intravenous lipid emulsions / R. Yang, X. Zhang, F. Li, L. Ding // Colloid. Surf. A Physicochem. Eng. Asp. - 2013. - Vol. 436. - P. 434-442.
Еще
Статья научная