Les liposomes ont été décrits initialement en 1961 par A. Bangham et R.W Horne, suite à des travaux de microscopie électronique effectués sur une suspension de phospholipides d’origine cellulaire.

 

Ces vésicules lipidiques artificielles (une vésicule désigne en chimie la structure d’un volume sphérique pouvant contenir une substance), ou liposomes, dont la membrane est constituée d'une ou de plusieurs bicouches de lipides, permettent d’isoler les éléments intravésiculaires du liposome de l’extérieur. Cette capacité leur permet alors d’encapsuler et de protéger, par exemple, des protéines, des principes actifs pour la vectorisation de ceux-ci, ou même du matériel génétique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma d'un liposome

 

 

Ils sont très souvent utilisés en cosmétologie et en pharmacologie pour transporter des principes actifs jusqu’à leurs cibles ou pour mélanger des principes hydrophobes dans certaines crèmes aqueuses. Les micelles, autres structures composées de phospholipides, constituent quant à elles le principe de base du fonctionnement du savon. Grâce à la structure quasiment identique des liposomes et des membranes des cellules, les bicouches lipidiques sont souvent utilisées comme modèle pour étudier les membranes des cellules.

 

En effet, les liposomes sont composés de molécules amphiphiles, c’est-à-dire généralement de lipides composés d’une tête hydrophile (qui a des affinités avec l’eau) et d’une partie hydrophobe (qui n’a pas d’affinités avec l’eau). Ces molécules amphiphiles sont des lipides organisés en bicouches, de telle manière à ce que le cœur du liposome hydrophile soit séparé du milieu extérieur par la membrane dont l’intérieur est hydrophobe et lipophile (qui a des affinités avec les corps gras) et l’extérieur hydrophile, comme on peut le voir d’après le schéma suivant. Les liposomes diffèrent selon leur composition, leurs structures interne et externe, leur taille, et leurs caractéristiques physico-mécanico-chimiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma d’un liposome

 

Comme visible sur l’image, les phospholipides se sont agencés en milieux aqueux de telle manière à ce que les parties hydrophobes aient le moins de contact possible avec les molécules d’eau, laissant ainsi les molécules hydrophiles  en contact avec l’eau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Image de synthèse d'un phospholipide

La tête et les deux queues sont clairement identifiables

 

 

Différents tailles et morphologie de liposomes 

 

 

On distingue différents liposomes selon leur taille tels que :

 

Les SUV (Small Uni-lamellar Vesicles) sont des liposomes qui ne possèdent qu’une seule bicouche lipidique et présentent un diamètre aux alentours de 100 nm. Ce sont les plus petites structures vésiculaires qui peuvent être obtenues.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cliché de microscopie électronique de SUV

 

 

Les LUV (Large Uni-lamellar Vesicles), liposomes d’une seule bicouche lipidique de grande taille, présentant un diamètre compris entre 200 et 800 nm.

Les MLV (Multi-lamellar Large Vesicles) sont des liposomes composés de plusieurs bicouches lipidiques superposées et concentriques, qui présentent un diamètre allant de 0.8 µm à 5 µm. Ils sont constitués de bicouches lipidiques

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les MVL (Multivesicular Liposome) sont des liposomes volumineux encapsulant eux-mêmes des liposomes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Composition des liposomes

 

 

Les liposomes peuvent être préparés à partir de toute une variété de lipides d’origine naturelle ou synthétique, ou encore à partir d’un mélange de ces lipides. Comme dit précédemment, leur composition est semblable à celle des membranes plasmiques des cellules, mais  ils sont composées également de protéines et de divers autres éléments.

 

Les phospholipides constituent l’élément principal des liposomes, quant aux cholestérols, ils ont un impact sur leur scaractéristiques. Nous allons étudier les phospholipides, les acides gras, puis les stérols. Les phospholipides et les stérols font partis des lipides.

 

Les lipides sont des molécules organiques indispensables au bon fonctionnement des organismes vivants puisqu'ils jouent des rôles biologiques primordiaux comme la composition des membranes cellulaires ou en tant que réserves d’énergie. 

 

Les glycérophospholipides, également appelés phospholipides, sont composés de deux acides gras reliés à un glycérol, lui même lié à un phosphate, joint à un alcool aminé comme la sérine ou la choline. La partie haute du phospholipide forme la tête tandis que les acides gras forment ses queues. Cette structure est visible sur le schéma suivant.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Par exemple, la molécule de phosphatidylcholine peut se représenter également sous sa forme topologique (représentation où ne figurent pas les atomes de carbone et les atomes d'hydrogène qui leur sont reliés) comme ci-dessous. L'alcool aminé supplémentaire de ce phospholipide est la choline.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

      Représentation topologique d'une phosphatidylcholine                                       

 

 

 

Les différentes têtes des phospholipides

 

La tête des phospholipides se distingue par l'alcool supplémentaire, autrement dit l'élément qui se fixe à la tête du phospholipide. Il existe 6 alcools supplémentaires: la sérine, l'éthanolamine, la choline, l'inositol, le glycérol et le phosphatidylglycérol.

 

Caractère hydrophile de l’alcool supplémentaire de la tête du phospholipide

 

La tête et l’alcool supplémentaire sont très souvent hydrophiles. Nous verrons par la suite que cela est lié à leur composition et leur polarité. Le caractère hydrophile de la tête du glycérophospholipide est primordial dans l’agencement et la formation des phospholipides en liposomes.

 

 

Les différentes queues hydrophobes des phospholipides

 

Les queues des phospholipides sont des acides gras, qui se distinguent selon leur nature.

 

Saturation/Insaturation des acides gras et notation

 

Les acides gras peuvent être saturés, mono-insaturés ou polyinsaturés. La saturation ou l’insaturation d’un acide gras dépend du nombre de doubles liaisons formées dans son enchaînement d’atomes de carbone. Si la molécule ne comporte pas de doubles liaisons, l’acide gras est saturé, tandis que si elle en possède une seule, elle sera insaturée. Dans le cas de plusieurs doubles liaisons, on parle de poly-insaturation.

 

Représentation topologique des acides gras 

 

Pour représenter les acides gras, on utilise la représentation topologique. Cette représentation simplifie beaucoup la lecture des molécules organiques comportant beaucoup d’atomes de carbone et d’hydrogène. Par exemple, dans l’image suivante, à chaque changement d’orientation de la chaîne, il y a un atome de carbone relié à un ou plusieurs atomes d’hydrogène. Si nous comptons les atomes de carbone dans l’acide gras ci-dessous, il y a 18 atomes de carbone. Le nombre d’atomes de carbone présents dans l’acide gras est noté  α. Dans notre exemple, α = 18. Dans la nomination d’un acide gras, on note α et e le nombre de liaisons doubles, comme (α : e). Ainsi un acide gras polyinsaturé avec 3 doubles liaisons et 18 atomes de carbone, comme l’acide-α-linolénique se note (18 : 3).

 

 

 

 

 

 

 

Acide-α-linolénique (18 : 3), un acide gras polyinsaturé oméga 3

 

 

On peut distinguer la saturation des acides gras par cette nomination. En effet, (α : 0) signifie que l’acide gras en question est saturé, (α : 1) qu’il est mono-insaturé, tandis que (α : >1) qu’il est polyinsaturé.

 

Nomenclature chimique de la position des liaisons doubles

 

L’emplacement des liaisons doubles dans un acide gras polyinsaturé et mono-insaturé est important car il influence son usage et ses fonctions dans l’organisme. Une nomenclature (oméga) chimique spécifique a donc été réalisée afin d’indiquer facilement la position de la première double liaison en partant du premier atome de carbone de la chaine,  celui qui est opposé à l'acide (COOH). Par exemple, la première double liaison de l’acide gras polyinsaturé « acide linoléique » ci-dessous se situe à partir du 6ème atome de carbone, l’acide gras se nomme Oméga (ω) 6.

 

 

 

 

 

 

 

Acide linoléique (18 : 2 ), un acide gras polyinsaturé Oméga 6

 

 

Autre exemple, l’ADH (22 : 6 ) est un acide polyinsaturé Oméga 3. C’est-à-dire qu’il possède 22 atomes de carbone, 6 doubles liaisons et la première double liaison se trouve à partir du 3ème carbone comme ci-dessous.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ADH (22 : 6), un acide gras polyinsaturé Oméga 3

 

 

Isomérie cis et trans des doubles liaisons d’acides gras

 

Pour une double liaison dans la chaîne carbonée d’un acide gras, il existe deux configurations possibles. Ces deux possibilités sont appelées des isoméries et se distinguent en cis ou trans suivant le schéma ci dessous.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La configuration cis va induire des modifications dans la structure spatiale de l’acide gras en créant une courbure

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La configuration prédominante dans les acides gras est cis (trans étant plus rare car on ne la trouve que chez les bactéries de la microflore d’une partie de l’estomac des ruminants). La majorité des acides gras sont donc courbés comme l’acide oléique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Représentation topologique et 3D de l’acide oléique (18 : 1) ω 9

 

 

Origine, saturation et usage des acides gras dans l’organisme 

 

Les acides gras saturés sont majoritairement présents dans les matières grasses d’origine animale (beurre, crème, viandes, charcuteries, fromages, pâtisseries.) Consommés en excès, ils peuvent amener à l’apparition de maladies cardiovasculaires. Les acides gras mono insaturés sont issus du monde animal et végétal puisqu'ils sont présents dans les viandes, poissons et fruits oléagineux.

 

Les Stérols

 

Les stérols peuvent également constitués les bicouches des liposomes afin des les "rigidifier". Les stérols sont des lipides dont la base est un alcane quadricyclique, constitué de trois cycles à 6 atomes et d'un cycle à 5 atomes; base appellée stérane.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma d’un stérane

 

 

Les 3 cycles comportant 6 atomes de carbone sont désignés par les lettres A, B, C, tandis que le 4ème cycle ne comportant que 5 atomes de carbone est désigné par la lettre D. Dans les stérols, le stérane possède un groupe hydroxyle (-OH) sur son carbone n°3 comme ci-dessous, c’est la base de tout stérol.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Formule topologique d’une base stérane d'un stérol

 

Les stérols se différencient ensuite par les autres éléments qui vont venir se relier à cette base de stérane comme c’est le cas du cholestérol. Le cholestérol est l’un des stérols les plus répandus et connus. Il assure des fonctions vitales dans l’organisme puisqu’il est présent dans les membranes biologiques afin de « rigidifier » l’ensemble de la membrane. Les stérols proviennent de l’alimentation, ils sont présents notamment dans les végétaux. Dans les membranes, ils favorisent leur structure et leur cohésion, mais il permettent aussi la synthèse de neurotransmetteurs et servent de bases à beaucoup d’autres molécules, à certaines hormones.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Formule topologique du palmitate de cholestéryle

 

Dans cette molécule, nous distinguons clairement la base stérane, qui donne du cholesterol estérifié avec un acide gras palmitique. Cet ensemble forme le palmitate de cholestéryle: (16:0)

 

 

Synthèse

 

 

Les bicouches lipidiques des liposomes sont donc constituées de glycérophospholipides (ou phospholipides) qui sont composés d’un glycérol estérifié à deux acides gras, et relié à un phosphate lui-même joint à un alcool supplémentaire, dont l’ensemble forme la tête hydrophile du phospholipide. Les différents alcools supplémentaires sont la choline, la sérine, l’éthanolamine, l’inositol, le glycérol ou le phosphatidylglycérol. Quant aux acides gras, ils peuvent être saturés ou insaturés et présenter différentes isoméries cis ou trans, au niveau de leur(s) double(s) liaison(s). Enfin, les stérols comme le cholestérol sont souvent utilisés dans la composition des bicouches lipidiques des liposomes afin de les « rigidifier », ce qui aura une influence majeure dans le comportement des liposomes in vivo.