Наноструктуры для направленной доставки лекарственных веществ Н. М. Мурашова Кафедра наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И.Менделеева

Нанотехнологии и наномедицина Нанотехнологии - технологии, направленные на создание и эффективное практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками. ( Нанотехнология позволяет создавать материалы и устройства, структурные элементы которых менее 100 нанометров (1 нм = м ). «Наномедицина в широком смысле является сферой применения нанотехнологий в практической медицине. Ее используют для диагностики, профилактики и лечения заболеваний и для получения углубленного знания о сложных механизмах патологий» (акад. РАМН М.А. Пальцев, ректор ММА им. И.М. Сеченова)

Направленный транспорт лекарственных веществ Наноструктуры для направленного транспорта ЛВ: Липосомы Неорганические наночастицы Полимерные наноструктуры Нелипосомные наноструктуры фосфолипидов Направленный транспорт лекарственных веществ (иначе адресная доставка лекарственных веществ; англ. drug delivery) направленный транспорт лекарственного вещества в заданную область организма, органа или клетки с целью повысить эффективность основного действия и снизить побочные действия.

Липосомы Основу липосом (везикул) составляет липидный бислой. За счет теплового движения плоский липидный бислой изгибается и замыкается с образованием липосомы (везикулы) Публикации о возможности применения липосом как носителей ЛВ – конец 60-х – начало 70 гг. Просвечивающая электронная микроскопия мультиламеллярных липосом (

Липосомы дают возможность: направленно доставить в клетки лекарственное вещество (за счет «векторного компонента» на поверхности липосом) защитить лекарственное вещество от организма (увеличить «время жизни» лекарственного вещества в крови и межклеточной жидкости, снизить скорость его инактивации и деструкции ферментами организма) защитить организм от лекарственного вещества (снизить побочное и токсическое действие лекарственного вещества) Липосомные препараты, разрешенные для клинического применения

Пример 1. Лекарственный препарат в липосомной форме Ее удобно применять, если действующее лекарственное вещество, например цитостатик или антибиотик, обладает множеством побочных действий и быстро инактивируется в организме. Липодокс – липосомный доксорубицин Липодокс - противоопухолевый антибиотик антрациклинового ряда, высокоактивен в отношении большого количества опухолей различной локализации, а также лейкозов. Препарат обеспечивает медленное высвобождение доксорубицина из липосом, медленное поступление его из крови в ткани и органы, в результате чего снижается токсичность доксорубицина. Производитель - ЗАО «Биолек» (Харьков). Цена за 1 флакон примерно 900 руб.

Пример 2. Липосомный препарат направленного действия Для создания направленного действия с липидами оболочки липосомы ковалентно связывают компонент, обладающий избирательным сродством к рецепторам на поверхности опухолевых клеток (векторный компонент липосом). Векторный компонент – антитела или фолиевая кислота. Результат - увеличение скорости доставки лекарственного вещества к клеткам-мишеням.

Неравномерность распределения липосом в организме Особенностью распределения липосом в организме является их относительно небольшое время циркуляции в кровяном русле и захват липосом клетками ретикуло- эндотелиальной системы (РЭС) и их накопление в этих органах (печени, селезенке, лимфоузлах, костном мозге). Пример распределения фосфолипидов липосом в организме (через 24 часа после их введения): печень – 50-80%; селезенка – 10-30%; костный мозг – 1-10%; легкие – 1-5%; кровь 0%; почки – 1-2%. Выход – нужно защитить липосомы от захвата клетками печени и селезенки

Пример 3. Липосомы с увеличенным временем циркуляции Липосомы можно покрыть гидрофильным полимером. Получа- ются стерически стабилизированные липосомы («стелс»-липосомы, stealth liposomes). Молекулы гидрофильного полимера экранируют липосому от действия белков крови и клеточных мембран за счет создания избыточного осмотического давления. Стерически стабилизированные липосомы становятся «невидимыми» для клеток печени и селезенки, следовательно они не разрушаются и не накапливаются в этих клетках.

Doxil – липосомный доксорубицин Схема липосомы Цена флакона (20 мг/10 мл) 1442,12 USD (в США)

Липосомальная вакцина («виросома») На основе липосом можно создать поливалентные вакцины (против нескольких заболеваний). Липосомные вакцины будут избирательно поглощаться органами РЭС. Инфлексал® V (BERNA BIOTECH, Ltd. Швейцария) – представляет собой поливалентную виросомальную инактивированную вакцину против гриппа, в состав которой входят поверхностные антигены вирусов гриппа типов A и B. Стоимость вакцинации – 800 руб.

Перспективы липосом Магниточувствительные липосомы – введение в состав липосом наночастиц ферромагнетиков позволит адресно доставлять их содержимое (например, в опухоль). Термочувствительные липосомы – могут разрушаться в месте с повышенной температурой (например, при локальном нагреве больной ткани) и выпускать свое содержимое. рН-чувствительные липосомы - могут разрушаться и выпускать свое содержимое в местах с определенные рН. Липосомы для доставки генетического материала при генной терапии (искусственные вирусы)

Неорганические наночастицы в качестве носителей ЛВ Мезопористный диоксид кремния Диоксид титана Магнитные наночастицы Fe 3 O 4 Водорастворимые производные фуллеренов С 60 Pro N ЛВ Фуллереноы способны проникать сквозь гемато-энцефалический барьер. К производным фуллерена через функциональную группу присоединяют действующие вещества. Пример – фуллеренил пролин с ЛВ

Использование мезопористого диоксида кремния Достоинства мезопористого SiO 2 (размер пор нм) Хорошо отработанные технологии получения (золь-гель метод) Включение как гидрофильных, так и гидрофобных ЛВ в поры частиц SiO 2. Результат – носитель, который повышает эффективность действия лекарственного вещества и обеспечивает пролонгированное действие. Возможность различных путей введения (пероральный, ингаляционный, трансдермальный) Высокая стабильность и емкость по ЛВ Выводится из организма в виде кремниевой кислоты Препараты на основе мезопористого диоксида кремния – проходят клинические испытания Пример на рынке – компания NANOLOGICA (Швеция) - предлагает носители ЛВ на основе мезопористого диоксида кремния для медицины и косметики. (

Полимерные наноструктуры Иммобилизация ЛВ в полимерной матрице Полимерные мицеллы Конъюгаты ЛВ-полимерДендримеры Наиболее изученными к настоящему времени и безопасными являются полимерные мицеллы и конъюгаты полимер-лекарственное вещество

Примеры полимерных мицелл, как носителей ЛВ Лекарственное вещество СополимерСпособ введения Размер, нм Доксорубицин (противораковое) PEG-PBLAсолюбилизация 30 PEG-P(Asp)химическое связывание Амфотерицин В (антибиотик, противогрибковое) PEG-PBLAсолюбилизация 26 Индометацин (противовоспалительное) PEG-PCLсолюбилизация PEG-PBLAсолюбилизация25-29 Галоперидол (психотропное) PEG-PPO- PEG солюбилизация15 Данные из патента RU (перевод патента WO 02/00194) «КОМПОЗИЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МИЦЕЛЛ», автор(ы): ЛЕРУ Жан-Кристоф, БЕНАХМЕД Амина Соуад (CA) Полимеры: поли-(бензил-L-аспартат) – PBLA; поли-(D,L-молочная кислота) – PDLLA; поли-капролактон – PCL; поливинилпирролидон – PVP; полиэтиленгликоль – PEG ; полипропиленоксид - PPO

Нелипосомные наноструктуры фосфолипидов Достоинства нелипосомных фосфолипидных наноструктур : Устойчивость (в отличие от липосом) Полная биосовместимость фосфолипидов (в отличие от полимеров) Возможность включения биологически активных веществ различной природы Способность ускорять трансдермальный транспорт лекарственных веществ Простота методов получения o Микроэмульсии o Лецитиновые органогели o Жидкие кристаллы

Наноструктурированные лецитиновые гели Пространственная структура геля построена из гибких цилиндрических мицелл лецитина диаметром 2-3 нм и длиной десятки нм. В состав геля можно вводить как маслорастворимые компоненты, так и водорастворимые. Гели устойчивы, их просто получать. Гидродинамический диаметр клубков из цилиндрических мицелл лецитинового геля

Лецитиновые гели Вязкость системы лецитин - вазелиновое масло – вода в зависимости от содержания воды Т=20 С. Концентрация лецитина 0,025 моль/л. Использован фосфолипидный концентрат «SIGMA» с содержанием лецитина 40 % масс. гель мицеллярный раствор везикулы Область существования геля

Гель, препятствующий агрегации тромбоцитов крови Гель наносили кроликам на уши в течение месяца Разработка совместно с Гематологическим центром РАМН (проф. Макаров В.А.) Макаров В.А., Юртов Е.В., Васильева Т.М., Мурашова Н.М., Петрухина Г.Н., Гуляева Е.В. Средство для профилактики тромбозов и нарушений кровообращения. Патент RU (Россия) от Опубликовано , Бюл. 25.

Жидкие кристаллы на основе фосфолипидных концентратов Области существования жидких кристаллов в системах ФЛК – вазелиновое мало – вода при 20 °С. Содержание лецитина в фосфолипидных концентратах % (масс.): 1 – 22; 2 – 40; 3 – 60