Lipodisks

Plana membranstrukturer, bäst beskrivna som dubbelskiktsskivor, kan hittas i blandningar av fosfolipider och olika micellbildande komponenter. I många fall är skivorna bara kortlivade mellanprodukter som bildas under en fas- eller strukturövergång. Exempel är de cirkulära, eller ibland mer oregelbundna, membranfläckar som ofta observeras under surfaktantmedierad solubilisering av liposomer. Vi har upptäckt att särskilt stabila och nära perfekt cirkulära skivor kan bildas i utspädda vattenlösningar innehållande en blandning av lipider och polyetylenglykolkonjugerade lipider (PEG-lipider).

Schematiska bilder som visar skillnaden i struktur mellan liposomer (A) och lipidskivor (B). Illustrationen till höger (C) visar en tvärsnittsvy av en PEG-stabiliserad lipidskiva.

PEG-lipider används rutinmässigt för att förlänga blodcirkulationstiden för liposomer som används för läkemedelstillförselapplikationer. Det är väl etablerat att vid inkludering av tillräckligt höga koncentrationer av PEG-lipider sker en övergång från dubbelskikt till micellär fas. Vidare har våra systematiska studier av fasbeteendet och aggregatstrukturen i olika lipid/PEG-lipidsystem avslöjat att antingen cylindriska eller skivformade miceller kan bildas när dubbelskiktsmättnadskoncentrationen överskrids. Resultaten från kryo-TEM-undersökningar visar att diskoida strukturer är att föredra framför cylindriska miceller när lipidblandningen innehåller komponenter som minskar den spontana krökningen och ökar böjmodulen i ett lager. Sådana komponenter är t.ex. kolesterol, lanosterol och DSPE. Diskoidala strukturer är vidare föredragna vid temperaturer under lipidblandningens TC. I det här fallet främjas troligen skivbildning av en kombination av hög böjmodul och minskad lipid:PEG-lipid-blandbarhet.

Aggregerad struktur som avslöjas av kryo-TEM i lipid/PEG-lipidsystem.
A) liposomer, B) tvåskiktsskivor och C) samexistens mellan liposomer och trådliknande cylindriska miceller.

Storleken på skivorna är kritiskt beroende av PEG-lipidkoncentrationen. Stora skivor, mer exakt beskrivna som cirkulära membranplåster, finns vid PEG-lipidkoncentrationer strax över dubbelskiktsmättnadsgränsen. Med ökande PEG-lipidkoncentration minskar storleken på skivorna. Undersökningar baserade på en kombination av dynamisk ljusspridning, SANS och kryo-TEM verifierar att skivorna är väl beskrivna av en idealisk skivmodell som antar partiell komponentsegregering. Mer exakt tyder tillgängliga data starkt på att PEG-lipiderna ackumuleras vid den mycket krökta kanten av skivorna medan fosfolipiderna och kolesterolet finns i huvuddelen av dubbelskiktsaggregaten. De PEG-stabiliserade lipodiskarna visar utmärkt långtidsstabilitet och deras storlek och struktur förblir oförändrade över ett brett temperaturområde. Dessutom visar resultat från flera studier att membranproteiner framgångsrikt kan rekonstitueras till diskarna.

Vi undersöker flera biokemiska, biotekniska och farmaceutiska tillämpningar av lipodiskarna. Förutom studier fokuserade på användningen av lipodiskar som modellmembran, har vi pågående projekt riktade mot användningen av diskarna som bärare för t.ex. svårlösliga läkemedel och antimikrobiella peptider.