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什么是脂质体?

 

脂质体(Liposomes)是由磷脂胆固醇等为膜材包合而成。磷脂分散在水中时能形成多层微囊,且每层均为脂质双分子层,各层之间被水相隔开,这种微囊就是脂质体。脂质体可分为单室脂质体、多室脂质体,含有表面活性剂的脂质体。按性能脂质体可分为一般质体(包括上述单室脂质体、多室脂质体和多相脂质体等)特殊性能脂质体、热敏脂质体、PH敏感脂质体、超声波敏感脂质体、光敏脂质体和磁性脂质体等。按电荷性,脂质体可分为中性脂质体、负电性脂质体、正电性脂质体。 

脂质体作为药物载体在恶性肿瘤的靶向给药治疗方面极具潜力。为克服脂质体作为载体的靶向分布不理想、稳定性较差的缺点,近年来开发了一些新型脂质体,如温度敏感型、PL敏感型、免疫、聚合膜脂质体。前体脂质体概念的提出和研究,提供了克服脂质体不稳定的较好思路。

脂质体作为目前   的,被喻为"生物导弹"的第四代给药系统成为靶向给药系统的新剂型。

脂质体的靶向性

通过改变脂质体的给药方式、给药部位和粒径来调整其靶向,另外,还可在脂质体上连接某种识别分子,通过其与靶细胞的特异性结合来实现专一靶向性。

靶向性是脂质体作为药物载体最突出的优点,脂质体进入体内后,主要被网状内皮系统吞噬,从而使所携带的药物,在肝、脾、肺和骨髓等富含吞噬细胞的组织  内蓄积。

1.天然靶向性 是脂质体静脉给药时的基本特征,这是由于脂质体进入体内即被巨噬细胞作为外界异物吞噬的天然倾向产生的。脂质体不仅是肿瘤化疗药物的理想载体,也是免疫激活剂的理想载体。

2. 隔室靶向性 是指脂质体通过不同的给药方式进入体内后,可以对不同部位具有靶向性,可以通过各种给药方式进入体内不同的隔室位置产生靶向性。在组织间或腹膜内给予脂质体时,由于隔室的特点,可增加对淋巴结的靶向性。

3. 物理靶向性 这种靶向性是在脂质体的设计中,应用某种物理因素的改变,例如用药局部的pH、病变部位的温度等的改变而明显改变脂质体膜的通透性,引起脂质体选择性地在该部位释放药物。弱离子性药物的脂质体,在进入体内后,可以选择性地在肿瘤的低pH局部释放药物。这种受pH影响释放药物的脂质体称为pH敏感脂质体。

4.配体专一靶向性 这种靶向性是在脂质体上连接某种识别分子,即所谓的配体,通过配体分子的特异性专一地与靶细胞表现的互补分子相互作用,而使脂质体在靶区释放药物。

脂质体的分类

1. 阳性脂质体 

阳性脂质体(cationic liposome)又称阳离子脂质体,正电荷脂质体(Positiveiy charged liposome)是一种本身带有正电荷的脂质囊泡。

1.1 阳性脂质体的组成 大多数阳性脂质体是由一种中性磷脂和一种或多种阳性成分组成。

中性磷脂成分:阳性脂质体中使用的中性磷脂成分上与常规脂质体相似,如胆固醇(cho1)、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酚乙醇胺(PE)等。

阳性成分:多为合成的双链季铵盐型表面活性剂,具有体外稳定性好,体内可被生物降解的优点,但均具有一定的细胞毒性。

1.2 阳性脂质体介导的基因转染作用机制 介导转染过程中,阳性脂质体的主要作用在于DNA形成复合物,介导与细胞的作用,并将DNA释放到细胞中,实现基因转染。

脂质组学介绍(转)

 

1.    什么是脂质组学?

    脂质组学是对生物体、组织或细胞中的脂质以及与其相互作用的分子进行全面系统的分析、鉴定,了解脂质的结构和功能,进而揭示脂质代谢与细胞、 乃至机体的生理、病理过程之间的关系的一门学科.      

    脂质组学的英文是 lipidomics。

    脂质组学研究类似于其他“组学”,是利用规模性的技术方法,通过对生命体、组织或细胞等的脂质组(lipidome)以及与其相互作用的分子进行系统研究,揭示生命体的多样性脂质及其代谢调控与生物功能,进而深入探索其与细胞、 、生命体的生理、病理等过程之间的关系.

2.    什么是脂质?

    脂质是自然界中存在的一大类极易溶解于有机溶剂、在化学成分及结构上非均一的化合物,主要包括脂肪酸及其天然发生的衍生物(如酯或胺),以及与其生物合成和功能相关的化合物.研究表明,哺乳动物细胞含有1 0002 000种脂质,而且随着新技术、新方法的不断发展,各种新的脂质分子还在不断地被发现.

3.    脂质分为几类?

    美国国立卫生研究院(NIH)2003 年所资助的“脂质代谢途径研究计划”(Lipidmetabolites and pathways strategy,LIPID MAPS) (www.lipidmaps.org

)项目提出的脂质分类系统(The LIPID MAPSLipid Classification System)

,将脂质大体分为八大类:

(1)脂肪酸类(fatty acids);

(2)甘油脂类(glycerolipids);

(3)甘油磷脂类(glycerophospholipids);

(4)鞘脂类(sphingolipids);

(5)固醇脂类(sterol lipids);

(6)孕烯醇酮脂类(prenol lipids);

(7)糖脂类(saccharolipids);

(8)多聚乙烯类(polyketides).

4.    脂质的主要功能有哪些?

    脂质结构的多样性赋予了脂质多种重要的生物功能.脂质不仅参与调节多种生命活动过程,包括能量转换、物质运输、信息识别与传递、细胞发育和分化,以及细胞凋亡,而且脂质的异常代谢还与某些疾病,如动脉硬化症、糖尿病、肥胖症、阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)以及肿瘤发生发展密切相关.

5.    什么时候提出脂质组学?脂质组学的第一篇文献是?

    随着20 世纪基因组学、蛋白质组学、代谢组学等规模性、整体性、系统性“组学”概念的兴起,2003 年国际上正式提出了脂质组学这一新的前沿研究领域.

    第一篇文献是:Han X L, Gross RW. Global analyses of cellular lipidomes directly from crude extracts ofbiological samples by ESI mass spectrometry: a bridge to lipidomics. J Lipid Res, 2003, 44(6):1071-1079。

      Xianlin Han,andRichard W. GrossDivision ofBioorganic Chemistry and Molecular Pharmacology, Departments of Medicine,Pharmacology & Molecular Biology,and Chemistry, Washington UniversitySchool of Medicine, St. Louis, MO 63110      

   第一作者和通讯作者是华人学者韩贤林(Xianlin Han)。

6.    脂质组学的研究为什么落后于基因组学,甚至是蛋白质学的研究?

   主要的原因是由于脂质分子结构的多样性、复杂性,以及相应分析手段的滞后阻碍了人们对生命体的整体脂质及其复杂的代谢网络和功能调控进行规模性、整体性的系统研究.当然,对脂质的生物学功能重视不够也是原因之一.  

7.    目前脂质组学研究的主要内容有哪些?

    脂质组学研究的内容主要包括:

(1)       脂质及其代谢物分析鉴定:主要是通过改进脂质样品制备方法和发展新的分析鉴定技术,特别是注重脂质样品制备技术与先进仪器设备如各种质谱仪的联合应用,实现脂质及其代谢物的快速、高通量的分析、鉴定.通过计算工具和生物信息学手段,建立大型的标准化脂质数据库,为进一步的深入研究与应用提供重要平台.

(2)       脂质功能与代谢调控(包括关键基因/蛋白质/酶) :主要是利用脂质组学技术,并结合基因组学、蛋白质组学等技术进行脂质功能与代谢调控研究并形成系统.大部分脂质功能与代谢调控的研究通常是在细胞水平或结合整体动物进行,通过基础的细胞、动物模型研究不同情况下脂质及其功能与代谢调控相关的关键蛋白质复合物的组成和动态变化规律,以及脂质功能与代谢调控相关关键蛋白质的功能调控和重要信号转导途径.结合临床疾病进行脂质功能与代谢调控研究也是脂质功能与代谢调控方面研究的核心目标之一,有助于阐明脂质的功能与代谢调控及其相关关键蛋白质在重大疾病发生发展中的作用.

(3)       脂质代谢途径及网络:是在脂质及其代谢物分析鉴定和脂质功能与代谢调控方面工作积累的基础上,整合基因组学、蛋白质组学、代谢组学的研究结果,尝试建立不同条件下脂质的代谢途径,从而不断完善生命体复杂脂质代谢途径及网络研究的绘制.

8.    脂质组学的研究目标是什么?

(1)       确定生命体、组织、细胞或亚细胞器中所有脂质的种类及其化学结构;

(2)       全面理解脂质的功能及其代谢的动态变化和调控;

(3)       脂质与其他生物大分子(如脂质- 蛋白质相互作用)、基因表达调控、膜性结构组成,以及细胞信号转导、细胞之间、细胞与病原体、细胞乃至生命体与环境变化等的复杂关系,进而揭示生命体或细胞的脂质组代谢调控异常变化与许多重要疾病(如胆固醇、甘油三酯与心血管疾病、肥胖、脂肪肝、糖尿病及肿瘤等)的发生、发展之间的关系.

9.    脂质组学的国外研究中心有哪些?

(1)美国NIH资助的LIPIDMAPS

(2)欧盟资助的LipidomicNet,包括早期的ELIfe(The European Lipidomics Initiative)(http://www.lipidomics.net

)

(3)日本政府资助的Lipid Bank(http://www.lipidbank.jp

)

(4)华盛顿大学医学院的ORY研究小组

(5)堪萨斯州立大学成立的脂质组学研究中心

(6)格拉茨大学、奥地利科学院及格拉茨技术大学等研究机构共同成立的格拉茨脂质组学研究中心(LipidomicsResearch Center Graz,LRCGraz)

(7)新加坡国立大学Markus R Wenk教授的Lipid Profile课题组(脂质组学研究中心)

10.   脂质组学的国内研究单位和人员有哪些?      

中科院大连化物所       许国旺

中科院遗传发育所       税光厚

军事医学科学院

北京大学

清华大学

中国农业科学院

11.   脂质组学的研究方法

    脂质组学研究的技术主要包括脂质的提取、分离、分析鉴定以及相应的生物信息学技术.

    生物质谱技术是目前脂质组学研究的核心工具.基于质谱技术的脂质分析策略主要包括液相色谱- 质谱联用技术和“鸟枪法”脂质组学技术(shotgunlipidomics).

12.   问题和将来的发展

a.开发脂质制备新技术方法,在完善适宜于不同样品脂质组学研究的脂质提取、分离等配套制备技术方法基础上,形成不同生物样品(如体液包括血液、尿液等,组织包括心、脑、肝等,细胞包括血液细胞、细胞株等)的标准化脂质制备方法或系统;

------建立提取和分离的标准。

b.完善快速、高通量、高精度脂质分析鉴定、定量技术系统,特别是自动化脂质分析和定量相关的生物信息学软件的开发,并建立综合的脂质组数据库;-

-----开发软件和数据库。

c.脂质代谢途径及网络的深入研究以及相关生物信息学技术系统的建立和完善.

------网络途径和生物信息学。

    与此同时,必须注重脂质组学技术的应用,特别是加强以下几个方面的发展,以期在未来的几年实现脂质组学研究的突破进展:

a.规模性、高精度分析鉴定体液脂质代谢物及其与重要疾病的关系;

b.细胞及其区域性脂质组的动态变化与细胞功能异常的关系;

c.胆固醇及其氧化修饰加工的代谢调控与相关代谢性疾病的关系;

d.脂肪酸类的代谢调控与相关代谢性疾病的关系;

e.脂质组及其代谢调控与生命必需的基础膜结构关系;

f.脂质代谢物及其代谢途径与相关药物的研发基础.

13.进行脂质组学对实验的要求:

(1)       材料:1个样品需要50mg干重以上

(2)       实验周期:1-2个月

(3)       服务包括:实验设计、取样、提取和分离、测定、分等完整的服务。

      

14. 脂质组学的实验流程

    脂质组学研究的技术主要包括脂质的提取、分离、分析鉴定以及相应的生物信息学技术。生物质谱技术是目前脂质组学研究的核心工具。

研究方法:

    脂质的提取——有机溶剂【氯仿:甲醇:水(1:2:0.8)的混合液】以及固相萃取(只检测总脂中的部分脂质)      

    脂质的分离——吸附色谱方法

       脂质的分析鉴定——薄层色谱(TLC) 法,液相色谱-质谱联用(LC/MS) 法,气相色谱-质谱联用(GC/MS) 法,电喷雾电离质谱等。

15.脂质组学分析软件

目前, 通过脂质质谱数据已经开发出多种用于脂质研究的软件。这些软件可以归纳为3类:

(1)可以免费获得的软件;

(2)开放的资源软件;

(3)从商业公司购买的软件。

第1 类中比较好的软件有LipidNavigator(http://lipidsearch.jp/LipidNavigator.htm

), 这个软件是日本知识产业株式会社和东京大学玄一图书馆共同开发的。

LipidNavigator

是一个高通量网页工具, 可采用各种类型的原始脂质质谱数据库自动分析磷脂。另一个免费使用的软件是TriglyAPCI, 它是Cvačka等(2006)基于Microsoft Visual basic 6.0开发的,可以用来解析甘油三酯的APCI-MS图谱。TriglyAPCI先对LC-MS获得的谱图进行分析, 获得碎片或是分子加合物, 然后再提供与之可能相关联的甘油三酯的结构信息。第3 个免费软件是Brown 领导的位于Nashville的一个研究小组开发的, 这个软件可以分析从质谱获得的大量数据, 它通过采用S-Plus 3.3版软件以便能和Windows系统兼容(Ivanova et al.,2004)。此软件通过演算法对数据进行规范化处理,可以对不同质谱和不同重复获得的数据进行统计学比较。在开放性资源里面有SECD(分析从色谱数据获得的谱图)和LIMSA(脂质质谱分析)2个软件。这2个软件可以进行基于正离子和负离子模式的数据分析, 也可以进行基于MS/MS谱图的数据分析(Haimi et al.,2006)。Katajamaa等(2006)开发了基于Java的另一个软件Mzmine,可以进行数据处理和制图, 并且可以通过演算法进行波谱过滤、峰采集、二维图形可视化、校正和规范化等。第3类需要付费购买的软件有Lipid Profiler, 它是由MDS Sciex开发的。Lipid Profiler也已经应用到脂质组学的许多研究中。

16. 脂质组学数据库及相关网站

  名称  

网址

国家

内容

LMSD

http://www.lipidmaps.org/data/structure/index.html

美国

脂质分类,脂质组学研究

LipidBank

http://lipidbank.jp

日本

脂质分类,提供脂质实验数据

LIPIDAT

http://www.caffreylab.ul.ie

美国

脂质的热力学、相位图和分子结构信息

Cyberlipid  Center

http://www.cyberlipid.org

法国

脂质结构信息和分析方法

SphinGOMAP

http://sphingolab.biology.gatech.edu

美国

鞘脂类的生化合成途径

Lipid Library

http://www.lipidlibrary.co.uk/index.html

英国

脂质化学、生物和分析等信息

KEGG

http://www.genome.jp/kegg

日本

脂肪酸的合成和降解、胆固醇和磷脂的代谢途径等

GOLD

http://gold.uni-graz.at/index.html

澳大利亚

与脂质紊乱相关的基因

SOFA

http://sofa.bfel.de

德国

植物油及其脂质组成的信息

17. 参考文献

(1)蔡潭溪,刘平生,杨福全,杨福愉. 脂质组学研究进展. 生物化学与生物物理进展, 2010, 37(2):121-128.

(2)王涛, 梅旭荣, 钟秀丽, 李玉中. 脂质组学研究方法及其应用. 植物学报.2010, 45 (2):249-257.

(3)Han XL, GrossRW (2003). Global analyses of cellular lipidomes directly from crude extractsof biological samples by ESI mass spectrometry: a bridge to lipidomics. JLipid Res 44, 1071–1079. (IF 2013 4.73)


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