Wikipedia

Fazy kubiczne

Fazy kubiczne – jedna z trzech głównych klas liotropowych układów ciekłokrystalicznych. Pierwsze badania dotyczące kubicznych faz ciekłokrystalicznych przeprowadzono w latach 60. XX wieku. W celu wytworzenia konkretnego rodzaju lipidowej fazy ciekłokrystalicznej, korzysta się z diagramów fazowych. Diagramy te przedstawiają w jakich warunkach temperatury należy zmieszać ze sobą (przy zachowaniu odpowiednich proporcji) lipid z roztworem wodnym[1].

Ogólne informacje edytuj

 
Lipidowa faza kubiczna

Lipidowe fazy kubiczne można scharakteryzować jako zakrzywioną dwuwarstwę tworzącą trójwymiarową krystalograficznie dobrze uporządkowaną strukturę, która jest przeplatana kanałami wodnymi o średnicy ok. 5 nm. Fazy kubiczne cechują się najbardziej złożoną organizacją przestrzenną w porównaniu do wszystkich rodzajów faz. Fazy przestrzenne można podzielić na dwuciągłe lub micelarne oraz na normalne (olej w wodzie) lub odwrócone (woda w oleju). Ogólna struktura faz kubicznych charakteryzowana jest przez nieskończone, okresowe powierzchnie minimalne, zaś struktura dynamiczna opiera się na powierzchniach węzłowych[2][3][4].

Główne typy faz kubicznych edytuj

 
Główne typy faz kubicznych: śrubowa (Ia3d), diamentowa (Pn3m), prymitywna (Im3m)

Na podstawie powierzchni minimalnych wyodrębniono trzy główne typy faz kubicznych:

  • faza śrubowa o symetrii Ia3d – kanały wodne zbiegają się po trzy pod kątem 120°, oddzielone są powierzchniami minimalnymi typu G.
  • faza diamentowa o grupie przestrzennej Pn3m – kanały wodne zbiegają się pod kątem 109,5°, rozdzielone są powierzchniami minimalnymi typu D.
  • faza prymitywna o symetrii Im3m – kanały wodne zbiegają się prostopadle po sześć pod kątem 90°, oddzielone są powierzchniami minimalnymi typu P[5].

Pod wpływem niewielkiej zmiany składu faz lub temperatury, możliwe są przejścia danego typu fazy w inny typ fazy[6].

Cechy charakterystyczne edytuj

Cechami charakterystycznymi lipidowych faz kubicznych są m.in.: przezroczystość,brak dwójłomności, optyczna izotropowość, konsystencja żelu, duża lepkość, duża powierzchnia wewnętrzna, stabilność w nadmiarze wody, biokompatybilność, bioadhezyjność[6].

Zastosowanie edytuj

 
Schematyczny model dwuciągłej fazy kubicznej złożonej z monooleiny, wody i białka błonowego

Ze względu na swoje właściwości fazy kubiczne mogą znaleźć zastosowanie m.in. jako:

  • matryce do kontrolowanego uwalniania i dostarczania leków[7] - ze względu na fakt, iż fazy kubiczne są zbudowane zarówno z domen lipidowych jak i wodnych, istnieje możliwość wbudowywania w ich strukturę związków hydrofilowych i hydrofobowych. Zamknięcie tych substancji we wnętrzu faz zapobiega ich degradacji chemicznej i fizycznej, co sprawia, że fazy kubiczne zaczęto badać pod kątem wykorzystania jako nośniki leków. Substancje hydrofobowe wbudowują się do części stanowiącej dwuwarstwę lipidową, substancje hydrofilowe – do części wodnej (kanały wodne), a substancje amfifilowe – na pograniczu tych dwóch części[8]. Na kontrolowaną dyfuzję leku z nośnika może mieć wpływ szereg czynników: czynniki egzogenne, np.: światło[9], temperatura[10], zewnętrzne pole magnetyczne[11] oraz czynniki endogenne, np.: pH[12], zmiana rozmiaru kanału wodnego[13], oddziaływania hydrofobowe[14]
  • matryce do krystalizacji białek błonowych[15] - krystalizacja białek błonowych stanowi wyzwanie ze względu na oddziaływania pomiędzy białkami błonowymi, a otaczającymi je lipidami oraz ich dwubiegunową naturę (hydrofilowe i hydrofobowe domeny). Za wykorzystaniem faz kubicznych do krystalizacji białek błonowych przemawia m.in. argument, iż fazy kubiczne stanowią matrycę przypominającą błonę, dzięki czemu białkom zapewnione jest środowisko zbliżone do warunków in vivo[16][17].

Przypisy edytuj

  1. ↑ Göran Lindblom, Leif Rilfors, Cubic phases and isotropic structures formed by membrane lipids — possible biological relevance, „Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Biomembranes”, 988 (2), 1989, s. 221–256, DOI: 10.1016/0304-4157(89)90020-8, ISSN 0304-4157 [dostęp 2019-10-27].
  2. ↑ Peter Nollert i inni, Detergent-free membrane protein crystallization, „FEBS Letters”, 457 (2), 1999, s. 205–208, DOI: 10.1016/s0014-5793(99)01014-5, ISSN 0014-5793 [dostęp 2019-10-27].
  3. ↑ Gabriele Rummel i inni, Lipidic Cubic Phases: New Matrices for the Three-Dimensional Crystallization of Membrane Proteins, „Journal of Structural Biology”, 121 (2), 1998, s. 82–91, DOI: 10.1006/jsbi.1997.3952, ISSN 1047-8477 [dostęp 2019-10-27].
  4. ↑ J Shah, Cubic phase gels as drug delivery systems, „Advanced Drug Delivery Reviews”, 47 (2-3), 2001, s. 229–250, DOI: 10.1016/s0169-409x(01)00108-9, ISSN 0169-409X [dostęp 2019-10-27].
  5. ↑ Chandrashekhar V. Kulkarni i inni, Monoolein: a magic lipid?, „Phys. Chem. Chem. Phys.”, 13 (8), 2011, s. 3004–3021, DOI: 10.1039/c0cp01539c, ISSN 1463-9076 [dostęp 2019-10-27].
  6. ↑ a b Martin Caffrey, A comprehensive review of the lipid cubic phase orin mesomethod for crystallizing membrane and soluble proteins and complexes, „Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications”, 71 (1), 2015, s. 3–18, DOI: 10.1107/s2053230x14026843, ISSN 2053-230X [dostęp 2019-10-27].
  7. ↑ Yulin Chen, Ping Ma, Shuangying Gui, Cubic and Hexagonal Liquid Crystals as Drug Delivery Systems, „BioMed Research International”, 2014, 2014, s. 1–12, DOI: 10.1155/2014/815981, ISSN 2314-6133 [dostęp 2019-10-27].
  8. ↑ Zahra Karami, Mehrdad Hamidi, Cubosomes: remarkable drug delivery potential, „Drug Discovery Today”, 21 (5), 2016, s. 789–801, DOI: 10.1016/j.drudis.2016.01.004, ISSN 1359-6446 [dostęp 2019-11-18].
  9. ↑ Wye-Khay Fong i inni, Controlling the Nanostructure of Gold Nanorod–Lyotropic Liquid-Crystalline Hybrid Materials Using Near-Infrared Laser Irradiation, „Langmuir”, 28 (40), 2012, s. 14450–14460, DOI: 10.1021/la302901q, ISSN 0743-7463 [dostęp 2019-11-18].
  10. ↑ Wye-Khay Fong, Tracey Hanley, Ben J. Boyd, Stimuli responsive liquid crystals provide ‘on-demand’ drug delivery in vitro and in vivo, „Journal of Controlled Release”, 135 (3), 2009, s. 218–226, DOI: 10.1016/j.jconrel.2009.01.009, ISSN 0168-3659 [dostęp 2019-11-18].
  11. ↑ Jijo J. Vallooran, Renata Negrini, Raffaele Mezzenga, Controlling Anisotropic Drug Diffusion in Lipid-Fe3O4Nanoparticle Hybrid Mesophases by Magnetic Alignment, „Langmuir”, 29 (4), 2013, s. 999–1004, DOI: 10.1021/la304563r, ISSN 0743-7463 [dostęp 2019-11-18].
  12. ↑ Renata Negrini, Raffaele Mezzenga, pH-Responsive Lyotropic Liquid Crystals for Controlled Drug Delivery, „Langmuir”, 27 (9), 2011, s. 5296–5303, DOI: 10.1021/la200591u, ISSN 0743-7463 [dostęp 2019-11-18].
  13. ↑ Nicole B. Bisset, Ben J. Boyd, Yao-Da Dong, Tailoring liquid crystalline lipid nanomaterials for controlled release of macromolecules, „International Journal of Pharmaceutics”, 495 (1), 2015, s. 241–248, DOI: 10.1016/j.ijpharm.2015.08.072, ISSN 0378-5173 [dostęp 2019-11-18].
  14. ↑ J. Clogston i inni, Controlling release from the lipidic cubic phase by selective alkylation, „Journal of Controlled Release”, 102 (2), 2005, s. 441–461, DOI: 10.1016/j.jconrel.2004.10.007, ISSN 0168-3659 [dostęp 2019-11-18].
  15. ↑ E.M. Landau, J.P. Rosenbusch, Lipidic cubic phases: A novel concept for the crystallization of membrane proteins, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 93 (25), 1996, s. 14532–14535, DOI: 10.1073/pnas.93.25.14532, ISSN 0027-8424 [dostęp 2019-10-27].
  16. ↑ Wei Liu Lab @ Arizona State University (ASU) [online], liu.lab.asu.edu [dostęp 2019-11-18] [zarchiwizowane z adresu 2022-05-17].
  17. ↑ Lipidic Cubic Phase Crystallization - Creative Biostructure [online], www.creative-biostructure.com [dostęp 2019-11-18].
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Fazy_kubiczne&oldid=72851157”