липосомы можно использовать для транспорта лекарственных средств так как они
Липосомальная система доставки активных веществ
В состав местных венотоников входят не только активные вещества, но и компоненты, обеспечивающие доставку лекарственного средства «к месту назначения».
Гели, мази, кремы — местные средства, которые должны сначала пройти через кожу, чтобы начать действовать там, где нужно. Эффективность местных венотоников зависит не только от состава, но и от их способности проникать через кожу.
Кожа защищает тело человека от различных неблагоприятных внешних воздействий, участвует в дыхании, терморегуляции и многих других процессах, поэтому она состоит из нескольких слоев (основные — эпидермис, дерма и гиподерма), являющихся барьерами для местных лекарственных средств. Чтобы обеспечить доставку лекарственных средств «к месту назначения», в «Детрагеле» применяется липосомальная система.
Что такое липосомы?
Липосомы — это сферические пузырьки, выстланные внутри несколькими слоями жироподобных веществ — липидов. Внутри они полые, что позволяет заполнять их различными веществами.
Впервые липосомы были рассмотрены в качестве «транспортной системы» для лекарственных препаратов в конце 70-х годов прошлого века, а именно в 1976 г. Эта форма легче усваивается организмом и позволяет большему количеству действующего вещества попасть в «цель». Сегодня липосомы используются в т. ч. для лечения пациентов с онкологическими заболеваниями, так как считается, что липосомальные препараты имеют меньше побочных эффектов и работают лучше [1].
Липосомы обладают рядом преимуществ, включая биосовместимость, способность к самосборке, способность нести несколько лекарственных препаратов.
Как работает липосомальная система?
Способность липосом сохранять внутри как гидрофильные (водорастворимые), так и гидрофобные (нерастворимые в воде) вещества делает их незаменимыми «наноконтейнерами» для доставки лекарственных препаратов к клеткам тела.
Благодаря своей биосовместимости (организм принимает вещество и не отторгает его) и биоразлагаемости (способность вещества постепенно растворяться в организме) липосомы могут проникать через клеточные мембраны и поглощаться клеткой вместе с содержащимся в ней препаратом, что значительно увеличивает терапевтический эффект. Липосомы работают для доставки лекарства путем диффузии, т. е. перемещая вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой.
Где применяются липосомы?
Липосомы активно применяются в качестве «транспортной системы» доставки лекарств в медицине, используются в вакцинах с целью усиления иммунного ответа, а также добавляются в различные косметические средства для улучшения проникновения.
Липосомальная система венотоника «Детрагель» [3]
Эссенциальные фосфолипиды, входящие в состав «Детрагеля», помогают сформировать липосому, которая содержит внутри гепарин и эсцин [3]. Благодаря способности фосфолипидов связываться с клеточными мембранами липосома «Детрагеля» проникает в микроциркуляторное русло (сосудистая сеть, располагающаяся между мелкими артериями и венами) и доставляет лекарственные вещества к месту поражения, восстанавливая микроциркуляцию крови и способствуя заживлению синяков и гематом [2].
2. Инструкция по медицинскому применению лекарственного препарата Детрагель® ЛП-001044.
3. Савельева М. И. Возможности трансдермальных систем доставки лекарственных средств, применяемых при хронических заболеваниях вен. Флебология. — 2018. — 12(1). — С. 40–49.
ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ. НЕОБХОДИМО ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ СО СПЕЦИАЛИСТОМ
Липосомы как современный способ доставки лекарственный средств
Липосомы, известные как искусственно создаваемые липидные везикулы, состоят из одного или нескольких фосфолипидных бислоев, разделенных водным пространством. Диаметр их варьирует от 25 до 1000нм, визуально напоминают попавшие в воду капли жира. Но это, разумеется, лишь внешнее сходство, так как липидные пузырьки, о которых пойдет речь, имеют сравнительно малые размеры, а также содержат липиды, входящие в состав всех клеток организма.
Впервые на липидные сферические частицы обратил внимание в 1965 году английский ученый Алек Бэнгхем. Им было замечено некоторое сходство изучаемых объектов с клеточными мембранами, в результате чего липидные везикулы в дальнейшем стали использоваться с целью различных биохимических исследований. Вначале липосомы применялись лишь как модели биологических мембран. В ходе многообразных исследований были изучены механизмы транспорта различных веществ через мембраны, а также описаны их основные свойства. Впоследствии была открыта возможность использования липосом в качестве «микроконтейнеров», способных доставлять разнообразные лекарственные препараты в определенные органы и ткани [4]. Круг веществ, включаемых в липосомы, необычайно широк – от неорганических ионов и низкомолекулярных органических соединений до крупных белков и нуклеиновых кислот.
На протяжении долгого времени проводились поиски идеальных систем доставки лекарственных средств. В большинстве случаев заболевания носят локальный характер, то есть, поражают отдельные органы и ткани. Очевидно, что ход лечения окажется более быстрым и успешным при условии действия лекарства непосредственно в очаге поражения. Особенно важным это является в случаях работы с токсичными препаратами, оказывающими сильное влияние не только на очаг болезни, но и на весь организм в целом. Многие лекарственные препараты имеют низкий терапевтический индекс. Это означает, что концентрация, в которой они оказывают лечебное действие, практически не отличается от концентрации, при которой препарат становится токсичным. Также, возможна быстрая потеря активности препарата при введении в организм. Причиной этого является воздействие инактивирующих агентов. Но включение таких препаратов в липосомы может повысить их эффективность, так как с одной стороны, препарат, находящийся в липосомах, защищен ее мембраной от воздействия неблагоприятных факторов, с другой – та же самая мембрана ограничивает превышение токсичным препаратом допустимой концентрации в биологических жидкостях в организме [2].
Существует несколько свойств, позволяющих им быть в преимуществе перед другими носителями лекарств:
-Биологическая совместимость – липосомы создаются из природных липидов и поэтому не являются токсичными, следовательно, не вызывают нежелательных иммунных реакций.
-Универсальность – возможность создания широкой вариации размеров, характеристик и состава поверхности.
-Сравнительно легкое разрушение в организме с последующим высвобождением доставленных веществ.
Липосомы вводят в организм внутривенно, подкожно, перорально, внутрибрюшинно, внутрисуставно, накожно. Существует как минимум два пути проникновения липосом в клетку. Первый заключается в том, что вследствие эндоцитоза происходит захват липосом клеткой, в результате чего образуется вакуоль, которая сливается с лизосомой. Далее при помощи фермента фосфолипазы происходит гидролиз фосфолипидов мембраны лизосом, чем и обуславливается выход препарата в цитоплазму клетки. Второй путь заключается в непосредственном слиянии липосом с клеточной мембраной. При этом происходит встраивание липидного компонента липосом в мембрану клетки, а водорастворимый препарат проникает в цитоплазму.
Липосомы нашли свое применение в самых различных сферах, но как носители лекарств наиболее широкое применение получили в экспериментальной онкологии [1]. Имеется ряд препаратов, которые способны к весьма эффективному разрушению злокачественных клеток. Несмотря на это, применение их в терапевтических целях не всегда представляется возможным из-за большой токсичности или слабой растворимости в воде. Именно с помощью липосом возможно преодоление подобных трудностей. Липосомы также применяются в борьбе с инфекционными заболеваниями. Так, лечение лейшманиоза с помощью липидных везикул позволяет не только снизить токсичность принимаемых лекарственных веществ, но и способствовать инокуляции этих веществ, тем самым подавлять активность паразитов примерно в 290 раз [3].
Таким образом, использование комплексов «липосома-препарат» имеет ряд преимуществ перед применением одних лишь препаратов. В технологии лекарственных форм наметилась тенденция к созданию новых видов лекарственных препаратов, обеспечивающих направленный транспорт лекарств в органы. Несомненно, это способно привести к видоизменению многих существующих в данный момент методов лечения онкологических, инфекционных и многих других видов заболеваний.
Дудниченко А.С., Перспективы использования липосомальных форм противоопухолевых препаратов. – Режим доступа: http://provisor.com.ua/archive/2000/N19/dudnichenko.php
Швец В.И., Краснопольский Ю.М. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии. – Режим доступа: http://provisor.com.ua/archive/2008/N03/lipos_308.php
Липосомы можно использовать для транспорта лекарственных средств так как они
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital)
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital); Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), R16 «Molecular Pharmacology and Advanced Therapeutics», Brain and Neuroscience Communities of Research); ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава России, НИИ фармакологии
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital); Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), R16 «Molecular Pharmacology and Advanced Therapeutics», Brain and Neuroscience Communities of Research)
Транспорт лекарственных средств через роговицу глаза: перспективы применения липосомальных лекарственных форм
Журнал: Вестник офтальмологии. 2014;130(4): 117-122
Аляутдин Р. Н., Иежица И. Н., Агарвал Р. Транспорт лекарственных средств через роговицу глаза: перспективы применения липосомальных лекарственных форм. Вестник офтальмологии. 2014;130(4):117-122.
Aliautdin R N, Iezhitsa I N, Agarval R. Transcorneal drug delivery: prospects for the use of liposomes. Vestnik Oftalmologii. 2014;130(4):117-122.
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital)
Анатомические и физиологические барьеры глазного яблока определяют низкую биодоступность офтальмологических препаратов. Уникальная структура роговицы, состоящая из связанных плотными контактами эпителиальных клеток и гидрофильной стромы, ограничивает проникновение как гидрофильных, так и липофильных лекарственных средств при традиционных путях введения. Кроме того, слезная пленка, включающая белки и ферменты, также представляет собой барьер для транскорнеального транспорта лекарственных препаратов. Несмотря на то что в роговице имеются различные транспортные системы, принимающие участие в доставке некоторых лекарственных препаратов, проблемы повышения биодоступности офтальмологических препаратов являются актуальными. Одной из систем доставки лекарственных веществ через роговицу могут быть липосомы. Это средство доставки лекарственных веществ представляет собой везикулярные структуры, состоящие из внешнего бислоя липидов и внутреннего пространства, заполненного раствором лекарственного вещества. Эта особенность структуры липосом определяет условия для их проникновения через как гидрофильные, так и липофильные среды глаза, включая барьеры переднего и заднего сегментов глаза. Липосомы являются эффективным средством для целенаправленной доставки лекарственных веществ в переднюю камеру глаза. Эта статья представляет собой обзор литературы, посвященной взаимодействию лекарственных веществ с барьерами передней камеры глаза и перспективам использования липосом для транскорнеальной доставки лекарственных средств.
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital)
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital); Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), R16 «Molecular Pharmacology and Advanced Therapeutics», Brain and Neuroscience Communities of Research); ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава России, НИИ фармакологии
Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), Faculty of Medicine, Sungai Buloh Campus, Jalan Hospital); Технологический Институт МАРА, Медицинский факультет, Малайзия (Universiti Teknologi MARA (UiTM), R16 «Molecular Pharmacology and Advanced Therapeutics», Brain and Neuroscience Communities of Research)
Анатомические особенности расположения органа зрения создают иллюзию простоты лекарственной терапии офтальмологических заболеваний с помощью местного введения препаратов 2. Действительно, введение лекарственных препаратов в конъюнктивальный мешок имеет ряд преимуществ: локализация эффектов препарата, что позволяет избежать ненужных системных побочных эффектов; введение препаратов, не требующее специальных навыков, что трудно достичь при системном введении, возможность использования удобного, неинвазивного и безболезненного метода, что особенно важно при длительной терапии. Вместе с тем местное применение лекарственных веществ в офтальмологии, несмотря на кажущуюся простоту, имеет ряд ограничений 6.
К обстоятельствам, ограничивающим эффективность этого пути введения, относятся прекорнеальные факторы, физиологические и биохимические особенности строения роговицы, а также физико-химические свойства лекарственного вещества и его растворителя [7].
Прекорнеальные факторы
СЖ по ряду причин является препятствием для вводимых местно лекарственных препаратов.
«Слезный» клиренс обеспечивает удаление препарата из прекорнеальной области и увеличивает всасывание препарата окружающими тканями. Кроме того, белки СЖ способны сорбировать лекарственные препараты, снижая биодоступность последних до 5% [9]. Связывание их с лекарственными веществами способно изменять биодоступность последних. Содержащиеся в СЖ белки структурно и функционально гетерогенны [10]. Общее число таких белков по разным данным составляет 60-500, в том числе протеазы и ингибиторы протеаз [11]. Основными белками являются лактоферрин, лизозим, липокалин, липофилин, белки комплемента и иммуноглобулины. Важный протеин СЖ липокаин имеет несколько мест связывания, что предполагает его взаимодействие с другими компонентами СЖ. Противотуберкулезный препарат рифампицин образует с липокаином прочный комплекс. Этот комплекс теряет стабильность в кислой среде, поэтому липокаин может рассматриваться как потенциальная транспортная система для доставки рифампицина в очаг специфического воспаления [12].
Лактоферрин, относящийся к мультифункциональным структурам, является компонентом иммунной системы и обладает нуклеазной активностью. Наряду с этим С-концевая часть лактоферрина может связываться с НПВС, блокаторами ЦОГ2, эторикоксибом, парекоксибом и нимесулидом, угнетая их активность при местном применении [13]. Лизозим, фермент с гликозид-гидролазной активностью, за счет гидрофобных взаимодействий способен связываться с пенициллинами и цефалоспоринами (цефрадин, цефуроксим, цефотаксим, цефтриаксон). Важным активным ферментом СЖ является кальцийзависимая фосфолипаза А2, в норме обеспечивающая бактерицидную активность в отношении грамположительных бактерий. Но фосфолипазная активность фермента увеличивает порозность мембран липосом, приводя к преждевременному выделению лекарственного препарата. В состав СЖ входят 12 ферментов, включающих альдолазу, пируваткиназу, амилазу, металлопротеиназы, которые способны оказать влияние на фармакокинетику офтальмологических препаратов [14, 15].
Наличие в СЖ белков, способных связывать лекарственные препараты, приводит к конкуренции последних за места связывания при комбинированном применении. Так, комбинированное применение тимолола и пилокарпина приводит к снижению концентрации бета-блокатора в тканях глаза за счет увеличения связывания с белками СЖ [16]. Пилокарпина нитрат повышал биологическую активность в 10 раз при его комбинировании с цетилпиридиния хлоридом, вытесняющим пилокарпин из связи с белками СЖ [17].
Роговица
Эпителий роговицы
Роговица является следующим существенным барьером на пути лекарственных препаратов. Эта структура глаза является уникальной, так как имеет гидрофильную часть, строму, покрытую, как сандвич, с двух сторон двумя липидными слоями (эпителия и эндотелия). В результате препараты, которые одновременно имеют как гидрофобную, так и гидрофильную природу, могут проникать через ткани роговицы свободно. Если же препараты являются полярными или высоколипофильными соединениями, они проникают в роговицу значительно менее эффективно. Пока лекарственное средство находится в контакте с внешней поверхностью глаза, градиент концентрации служит в качестве движущей силы проникновения в роговицу. В этом случае физико-химические свойства, такие как растворимость в воде и липофильность, являются двумя определяющими факторами, которые регулируют скорость проникновения препаратов через роговицу. Другие физические свойства молекул (например, рКа и коэффициент распределения) также могут оказать влияние на проницаемость роговицы глаза [18].
Роговица является не только барьером для механических повреждений, но также обеспечивает избирательную проницаемость для химических соединений с целью поддержания гомеостаза в тканях передней камеры глаза. Структурно и функционально в роговице можно выделить эпителиальный слой, строму и эндотелиальный монослой. Барьерные функции эпителия обеспечиваются развитой системой активного транспорта, регулирующего поступление в клетки и выведение гидрофильных и липофильных соединений, а также плотными контактами между телами эпителиальных клеток [19].
В процессе формирования поверхностного слоя эпителия роговицы эпителиоциты экспрессируют плотные контакты, которые не характерны для более глубоких слоев эпителия. Плотные контакты в значительной степени снижают парацеллюлярный транспорт, являющийся механизмом проникновения гидрофильных веществ. Таким образом, поверхностные слои эпителия роговицы представляют препятствие для проникновения гидрофильных веществ [20]. Этим фактором определяется низкая проницаемость ряда лекарственных веществ через роговицу. Через неповрежденную роговицу плохо проникают гидрофильный амикацин [21], циклоспорин А [22], липофильный дексаметазон [23], вариконазол [24], гатифлоксацин [25]. Повреждение эпителия перед инстилляцией лекарственного препарата значительно снижает защитные свойства роговицы [26].
Обеспечение доставки необходимых для жизни веществ определяет наличие в эпителии роговицы развитых систем облегченного и активного транспорта. Эти виды транспорта имеют большее значение для доставки гидрофильных соединений, нежели для проникновения липофильных лекарственных средств, что связано с низкой пассивной диффузией гидрофильных лекарственных средств через мембрану. Транспортные системы, экспрессированные на апикальной поверхности эпителиальных клеток роговицы, обеспечивают активную доставку гидрофильных соединений. Для липофильных соединений, легко проникающих через клеточные мембраны, существует обратный транспорт, осуществляемый специфическими транспортными системами.
Транспортные системы роговицы
Транспорт аминокислот в эпителии роговицы важен, потому что эпителий представляет собой интенсивно регенерирующую ткань c непрерывным синтезом белка. Основным источником питательных веществ в эпителии является водянистая влага и в меньшей степени лимбальное кровообращение. Аминокислоты активно поступают в эпителий роговицы из водянистой влаги, тогда как слезная сторона эпителия выступает в качестве диффузионного барьера [27]. Концентрация аминокислот в СЖ сопоставима с плазмой за исключением аспарагината, глутаминовой кислоты и таурина, которые присутствуют в СЖ в гораздо более высоких концентрациях, чем в плазме [28].
Транспортеры олигопептидов SLC15 принадлежат к суперсемейству протонассоциированных транспортеров олигопептидов (POT) [31]. PepT1 и PepT2 транспортируют ди- и трипептиды, а также β-лактамные антибиотики, ингибиторы АПФ, ингибиторы ренина и аналоги вирусных нуклеозидов (валацикловир, валганцикловир).
Строма
Эндотелий роговицы
Эндотелий роговицы защищает строму от водянистой влаги. Эта структура представлена монослоем гексагональных клеток, образующих мозаичную поверхность. Основной функцией стромы является сохранение тургора стромы, что является гарантией сохранения прозрачности последней. Гидрофильные глюкозаминогликаны стромы определяют постоянный ток жидкости из передней камеры через эндотелий в строму. Несмотря на наличие плотных контактов эндотелий роговицы обладает порозностью, поэтому трансэндотелиальное сопротивление невелико и составляет 30 мОм [38, 39].
Липосомы можно использовать для транспорта лекарственных средств так как они
Институт физиологии НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь
Направленный транспорт лекарственных средств и лечебные физические факторы
Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2014;91(6): 52-61
Улащик В. С. Направленный транспорт лекарственных средств и лечебные физические факторы. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2014;91(6):52-61.
Ulashchik V S. The targeted transport of the medicinal substances and the therapeutic physical factors. Voprosy kurortologii, fizioterapii, i lechebnoi fizicheskoi kultury. 2014;91(6):52-61.
Институт физиологии НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь
В обзоре приведено описание существующих систем направленного транспорта лекарственных средств в органы-мишени. Представлены данные об использовании белковых векторов, наночастиц, искусственных и естественных контейнеров в адресной доставке лекарственных препаратов. Рассмотрены возможности применения физических факторов в направленном транспорте лекарств.
Институт физиологии НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь
Одной из актуальных проблем современной медицины и фармакологии является низкая селективность лекарственных средств. Вводимые в организм традиционными способами лекарства распределяются в нем относительно равномерно, проникая в различные органы и ткани [1, 2]. Согласно имеющимся сведениям [3], лишь 1% введенной дозы попадает в клетки-мишени. В силу этого лекарственное вещество достигает своих биологических мишеней в концентрации, значительно меньшей по сравнению с необходимой терапевтической, что вынуждает использовать дозы, которые превышают теоретически необходимые. Остальное количество препарата, поступившего в нецелевые органы и ткани, нередко вызывает побочные реакции.
Более перспективным подходом к решению этой проблемы является создание систем направленного транспорта лекарств 4. Реализация целенаправленного концентрирования лекарственных препаратов преимущественно в зоне патологического очага позволяет резко снизить нежелательные реакции организма на медикаментозное воздействие, уменьшить терапевтическую дозировку лекарства и кратность его введения.
Лекарства, снабженные системой доставки, имеют ряд преимуществ по сравнению со свободными препаратами: повышается растворимость гидрофобных лекарств; улучшается их проникновение в клетки; улучшается фармакокинетика; у лекарств появляется способность преодолевать мембранные и гематоэнцефалический барьеры; пролонгируется действие лекарственных средств; обеспечивается необходимая биосовместимость и защита от преждевременной деградации; осуществляются направленный транспорт и контролируемое высвобождение лекарств и др. [7, 8].
Обзору современных транспортных систем лекарственных средств и роли в них лечебных физических факторов посвящена настоящая статья.
Способы и системы направленного транспорта лекарственных веществ
Сегодня можно говорить о нескольких направлениях, обеспечивающих различной степени избирательность доставки лекарств к целевой области. Наиболее простым и доступным является регионарное (местное) введение фармакологических препаратов. К этому направлению могут быть отнесены следующие методы (способы):
— внутрисуставное введение лекарственных веществ при заболеваниях опорно-двигательного аппарата;
— введение противоопухолевых препаратов в сосуд, питающий опухоль;
— внутрикоронарное введение тромболитических ферментов при терапии вызванного тромбозом инфаркта миокарда;
— введение цитостатиков в ложе опухоли во время операции при внутримозговых опухолях;
— ингаляции лекарств при бронхолегочных заболеваниях;
— спинномозговые блокады при патологии позвоночника с болевым синдромом;
— введение в полость гнойника растворов противомикробных средств, ферментов и других препаратов;
— применение лекарств в глаз (в конъюнктивальный мешок) в офтальмологии;
— нанесение на кожу лекарственных препаратов в виде мазей, пластырей, примочек при кожных заболеваниях;
— субдуральное и субарахноидальное введение лекарств при заболеваниях центральной нервной системы и др. [1, 2, 5].
Как показывают многочисленные клинические наблюдения, применение местного введения лекарственных средств эффективнее их системного использования. Однако данный подход не всегда оказывается достаточно эффективным и применим далеко не при всех заболеваниях.
Расширению возможностей этого направления и повышению эффективности его методов способствует применение некоторых физиотерапевтических факторов. Здесь прежде всего следует назвать внутритканевой электрофорез. Суть метода состоит в том, что лекарственное вещество вводится в организм одним из общепринятых способов, а затем проводится поперечное воздействие постоянным непрерывным током на ту область тела, где необходимо максимально локализовать действие препарата [9, 10]. Электрофорез по глазнично-затылочной и назальной методикам способствует направленному введению лекарств в мозг [10, 11]. В ряде наших исследований показано, что предварительное воздействие некоторыми физическими факторами (ультразвук, магнитное поле, микроволны, лазерное излучение, тепловые воздействия) способствует усиленному поступлению лекарств в ткани зоны применения физиотерапевтической процедуры [12]. Повышение локальной концентрации лекарственных веществ отмечается также при проведении ультрафонофореза, магнитофонофореза и лазерофореза [10, 11].
В качестве векторов изучают применение моноклональных антител (МКА) к различным рецепторам на поверхности клеток, прежде всего раковых (трансферриновые рецепторы, рецепторы фактора роста эпителия, СД-рецепторы и др. [22, 23]. МКА чаще используются для векторизации не собственно лекарственных веществ, а различных наночастиц, транспортирующих лекарства.
Из многих способов направленного транспорта лекарственных средств наиболее реальным на данный момент представляется использование в качестве транспортного средства форменных элементов крови. Методы, основанные на использовании клеток крови для модификации их свойств с целью создания внутриклеточного депо препарата и осуществления направленного транспорта, объединены под общим названием «экстракорпоральная фармакотерапия». Клетки крови, нагруженные лекарственным веществом, обозначают термином «фармакоциты». В качестве фармакоцитов используют эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, обладающие различными транспортным потенциалом и тропностью. Эти системы доставки лекарств наиболее выгодны с точки зрения их биологической совместимости [24].
Включение лекарственных препаратов в эритроциты осуществляется различными способами, среди которых самым распространенным является гипоосмотический метод. При его использовании эритроциты помещают в солевой раствор с пониженной ионной силой, в котором у них образуются поры, через которые подлежащие включению вещества проникают внутрь клетки [25, 26]. Для загрузки лекарственных препаратов в эритроциты могут использоваться физические факторы, а также химические агенты, являющиеся индукторами эндоцитоза [5].
Высвобождение фармакологических препаратов из эритроцитарных носителей также осуществляется различными путями: простая диффузия, активный транспорт и разрушение клеточных носителей [24, 26].
Для иллюстрации приведем несколько работ, в которых эритроциты использовались как система для направленного транспорта лекарственных средств. В одной из них сообщается о применении антигипоксантов и ингибиторов протеолиза в эритроцитарных контейнерах при комплексной терапии гепаторенального синдрома, способствовавшем в 1,5-2,0 раза более быстрому купированию проявлений гепато- и нефропатий по сравнению с традиционным лечением заболевания [28]. Для коррекции иммунитета предложено использовать связывание эритроцитами тимических пептидов и глюкокортикоидных гормонов [29]. В онкогематологии предложено применять эритроциты для переноса L-аспарагиназы, которая при введении в кровь вызывает гибель аспарагинзависимых лейкозных клеток [26]. Такие препараты как андромицин, блеомицин, метотрексат, введенные в строму эритроцитов, хорошо себя зарекомендовали при лечении опухолей печени [5]. Обосновано применение направленного транспорта канамицина в «тенях» эритроцита для лечения гнойно-воспалительных заболеваний желчных путей и показана его большая эффективность по сравнению с традиционным внутривенным введением препарата [30].
Другим направлением в экстракорпоральной фармакотерапии является использование аутолейкоцитов, получаемых методом цитофереза. Действие лейкоцитарных носителей осуществляется таким образом: после насыщения лекарственными веществами и возврата в кровеносное русло лейкоциты за счет хемотаксиса мигрируют преимущественно в очаг воспаления, где путем стимулированного экзоцитоза или после своего разрушения высвобождают лекарственный препарат [31]. В одной из работ показано, что применение направленного транспорта антибиотиков в аутологичных лейкоцитах при лечении больных острыми воспалительными заболеваниями почек позволяет значительно уменьшить частоту гнойно-септических осложнений, сократить длительность пребывания в стационаре [32]. Успешно использованы лейкоциты в качестве естественного носителя цефтазидима при лечении пациентов с тяжелыми формами пневмонии. Применение этого метода сопровождалось достоверным снижением сроков госпитализации, летальности, а также урежением развития пневмоний [33]. Делаются успешные попытки использовать для направленного транспорта антибиотиков аутогенной клеточной массы крови, получаемой в ходе плазмофереза [31, 34].
Проводится изучение использования тромбоцитов в качестве контейнеров-переносчиков лекарственных средств. В частности, этот подход с успехом применен при лечении пациентов с облитерирующим заболеванием нижних конечностей [5]. Этот выбор основывался на том, что кровяные пластинки обладают повышенной тропностью к эндотелию, поврежденному атеросклеротическим процессом.
А.А. Тепловым [35] предложено использовать для направленного транспорта биологически активных веществ и лекарственных препаратов стволовые клетки, получаемые из костного мозга, периферической и пуповинной крови или жировой ткани. Им показано, что частицы фторуглеродной эмульсии, содержащей биологически активные вещества (инсулин, фактор некроза опухоли, ронлейкин, антибиотики, ацикловир и др.) проникают внутрь стволовых клеток. Согласно исследованиям на мышах со спонтанным раком молочной железы, более 30% вводимых стволовых клеток накапливалось в опухолевой ткани. Опыты с авастином показали, что высвобождаемый из стволовых клеток препарат оказывает специфическое терапевтическое действие. Учитывая сложную биологию стволовых клеток, их использование для направленного транспорта лекарственных веществ требует дальнейшего изучения.
Применение наночастиц на основе вирусов (ВНЧ) имеет ряд существенных особенностей по сравнению с другими транспортными носителями:
1. Вирусные частицы каждого определенного вируса обладают регулярной структурой и характеризуются одинаковыми размерами, а свойства поверхности многих вирусов хорошо изучены или могут быть исследованы доступными средствами.
2. Поверхность вирусного капсида является поливалентной, т.е. содержит множество сайтов, доступных для модификации.
3. ВНЧ в высокой степени стабильны и устойчивы ко многим физическим и химическим воздействиям.
4. ВНЧ являются природными наноматериалами, что делает их биоразлагаемыми и биосовместимыми.
5. В случае ВНЧ легко вносить изменения в белки капсида путем модификации генетического материала.
6. Доступны методы получения значительных количеств ВНЧ в течение короткого времени с невысокими финансовыми затратами [36].
В настоящее время ВНЧ исследуются в качестве носителей для вакцинных препаратов и мультифункциональных систем для терапии, главным образом, онкологических заболеваний, позволяющих осуществлять направленную доставку лекарственных препаратов, средств визуализации и фотодинамической терапии, контрастирующих агентов для магнитно-резонансных исследований и др. 38.
Широкие возможности и большие перспективы сулит использование для адресной доставки лекарств различных искусственных наноструктур (липосомы, мицеллы, микросферы, дендримеры, фуллерены, полимерные наночастицы и др.).
Прежде всего следует упомянуть о липосомах как контейнерах для транспорта лекарственных средств, так как пока только липосомальные препараты дошли до клинических испытаний и ряд из них лицензирован [3, 7, 41-43]. Липосомы представляют собой концентрические пузырьки, стенки которых образованы двухслойной липидной мембраной, состоящей преимущественно из природных фосфолипидов. Они нетоксичны, биодеградируемы, обеспечивают защиту заключенных в них веществ и их постепенное высвобождение, при определенных условиях поглощаются клетками, их мембрана может сливаться с клеточной мембраной, что приводит к внутриклеточной доставке содержимого липосом [43]. Липосомы могут служить в качестве переносчиков как для гидрофильных, так и для гидрофобных веществ. Лекарственное вещество может находиться либо во внутреннем пространстве липосомы, если оно водорастворимо, либо в липидной оболочке, если оно жирорастворимо.
Липосомы сегодня используются в качестве носителей для противораковых, противотуберкулезных и противогрибковых препаратов, а также для доставки вакцин 46. Липосомы, сформированные катионными липидами, применяются для доставки терапевтических средств на основе нуклеиновых кислот (антисмысловые олигонуклеотиды, аптамеры, векторы для генной терапии и др.) [36, 47]. Липосомальные препараты эффективны как при пассивном нацеливании, так и, особенно, при активном нацеливании. Для активного нацеливания на поверхности везикул находится направленный вектор (антитело, лиганд рецептора и др.).
Недостатками липосом как носителей лекарств являются их низкая стабильность, низкая эффективность инкапсуляции лекарственного вещества и высокая себестоимость [36].
Среди альтернативных липосомам систем наибольший интерес, по-видимому, вызывают полимерные наночастицы. Они представляют собой твердые частицы размером от 1 до 1000 нм, состоящие из полимеров как природного (альбумин, хитозан, альгинат), так и синтетического (полилактиды, полиакрилаты и др.) происхождения. Транспортируемые лекарственные вещества могут быть инкапсулированы, адсорбированы или присоединены ковалентной связью [3, 4]. Помимо высокой стабильности и емкости к достоинствам полимерных наночастиц следует отнести их способность связывать как гидрофобные, так и гидрофильные вещества, а также пригодность их для введения в организм различными способами, в том числе пероральным и ингаляционным [4].
При введении в организм лекарства высвобождаются из полимерных наночастиц путем диффузии и/или десорбции. Выделению их также способствует набухание полимерной матрицы, ее эрозия и деградация. Поскольку скорость деградации полимеров, используемых для получения наночастиц, варьирует в довольно широких пределах (от часов до нескольких месяцев), то применение полимерных наночастиц в качестве транспортных систем позволяет контролировать выделение активного ингредиента.
Попадая в кровоток, полимерные наночастицы быстро адсорбируют белки плазмы (опсонизация). Опсонизированные наночастицы распознаются системой мононуклеарных фагоцитов, которые выполняют функцию очистки крови от посторонних частиц. Захват наночастиц макрофагами (печени, селезенки, костного мозга) происходит путем эндоцитоза, после чего они попадают в лизосомы, где происходит их разрушение и высвобождение лекарственных веществ.
Наиболее значительная часть работ, посвященных исследованиям полимерных наночастиц в качестве систем доставки лекарств, относится к химиотерапии злокачественных новообразований. Результаты этих исследований обобщены в ряде обзоров [4, 14, 41, 49]. Используются они и для транспорта противотуберкулезных препаратов (рифампицин, изониазид, пиразинамид, стрептомицин и др.), эффективность которых доказана in vitro и in vivo [44]. Направленный транспорт лекарств с использованием полимерных наночастиц апробируется и в других областях клинической медицины [3, 4, 50, 51].
Наряду с пассивной доставкой лекарств, которая происходит в результате естественного биораспределения носителя и зависит от его физико-химических свойств и состояния мишени, полимерные наночастицы могут применяться и для активного транспорта фармакологических препаратов. Активный транспорт достигается за счет специфического взаимодействия лиганда (вектора) на поверхности наночастиц с соответствующими рецепторами, находящимися на поверхности клетки-мишени. В качестве векторов для полимерных наночастиц используют аполипопротеины, трансферрин, фолаты, интегрины и др. [3, 36, 42].
Для целевой доставки лекарств, биологически активных соединений и контрастирующих веществ используют и другие типы наночастиц [36, 42, 46, 48, 50, 52]:
а) мицеллы, представляющие собой амфифильные коллоидные структуры, образующиеся в водных растворах спонтанно из мономеров и заданных молекул лекарственного вещества при определенных условиях; используются в качестве носителей некоторых лекарств и контрастирующих агентов для визуализации;
б) дендримеры, в особенности фуллереновые дендримеры, являющиеся полимерами, обладающими четко упорядоченной симметричной деревообразной структурой, представляющей собой регулярные ветвления, исходящие из центрального ядра; предложено их использование в качестве носителей молекул ДНК, антивирусных соединений, вакцин и противоопухолевых препаратов;
в) аквасомы, которые представляют собой наночастицы, центральная часть которых представлена неорганическим керамическим ядром, покрытым снаружи оболочкой, состоящей из сахаров либо других полигидроксильных олигомеров, создающих квазиводную среду; их применяют для доставки веществ белковой природы и вакцин;
г) наночастицы на основе неорганических веществ и металлов, прежде всего оксидов железа, золота, серебра и др.; находят применение, в частности, наносферы, образованные металлом-диэлектриком (например, покрытые золотом кварцевые наносферы); наносферы предложены в качестве носителей для инсулина при лечении диабета, противоопухолевых средств и др.
Для направленного транспорта лекарств апробируют также и такие типы наночастиц, как углеродные нанотрубки, ниосомы, твердые липидные наночастицы, магнитные наночастицы.
Отдельного упоминания заслуживают модульные нанотраспортеры (МНТ), предназначенные прежде всего для доставки лекарств непосредственно внутрь клетки. МНТ являются рекомбинантными полипептидами, функциональные модули которых обеспечивают: 1) избирательное узнавание клетки-мишени с последующим эндоцитозом за счет лигандного модуля; 2) выход из эндосом в цитоплазму за счет эндосомолитического модуля; 3) транспорт в ядро за счет модуля с последовательностью ядерной локализации; 4) эффективное присоединение доставляемого лекарства, обеспечиваемое модулем-носителем [53].
На культуре клетки меланомы показано, что фотосенсибилизатор, конъюгированный с МНТ, на два порядка эффективнее по сравнению со свободным фотосенсибилизатором [54]. На животных с различными типами привитой меланомы установлено, что МНТ высокоизбирательно накапливается в опухоли и обеспечивает до 93% задержки ее роста и достоверное увеличение продолжительности жизни животных, пролеченных фотосенсибилизатором, конъюгированным с МНТ, по сравнению с пролеченными свободным фотосенсибилизатором [53]. Высокая эффективность этого метода продемонстрирована также при лечении мышей с привитой эпидермоидной карциномой человека. Было выявлено 98% ингибирование роста опухоли при доставке хлорина е6 с помощью МНТ. Все нелеченые животные умерли к 24-му дню после прививки опухоли, тогда как после лечения фотосенсибилизатором, доставленным МНТ, 75% мышей-опухоленосителей выжили (в контроле, где применялась обычная методика фотодинамической терапии, выжили лишь 20% животных) [55]. Перспективность использования МНТ в фармакотерапии не вызывает сомнения, но их внедрение в практическую медицину требует еще продолжения исследований на других патологических моделях с применением различных компонентов модулей.
Таким образом, сегодня по многим направлениям ведется активный поиск средств для направленной доставки лекарств различных фармакотерапевтических групп, прежде всего для химиотерапии опухолей и инфекционных заболеваний. Некоторые из предложенных транспортных систем уже доведены до клинического использования. Однако огромное разнообразие биологических мишеней и фармакологических задач неизбежно будет требовать совершенствования известных и разработки новых систем доставки лекарств. Для повышения эффективности транспортных систем и устранения их нежелательных эффектов могут использоваться различные химические и физические воздействия.
Использование физических факторов в направленном транспорте лекарств
Как уже упоминалось, лечебные физические факторы могут самостоятельно использоваться для целевой доставки лекарств в определенные органы и ткани, а также для модификации естественного распределения лекарств, вводимых в организм общепринятыми способами. Наряду с этим, как нам представляется, они должны найти применение и для совершенствования различных систем направленного транспорта лекарств. О нескольких направлениях такого использования физических факторов можно говорить уже сегодня.
Прежде всего, по-видимому, речь должна идти о магнитных наночастицах, в использовании которых важная роль принадлежит физическим факторам, прежде всего магнитному полю. Материалом для получения этих наночастиц служат оксиды железа (Fe 3 O 4 или γ-Fe 2 O 3 ). Магнитные наночастицы имеют размеры от 15 до 75 нм и при их стабилизации сохраняются в течение 2-5 лет [56]. Основными преимуществами магнитных наночастиц является то, что они могут быть: визуализированы (при магнитно-резонансной томографии); направлены и удержаны в определенном месте с помощью внешнего магнитного поля; нагреты для инициации высвобождения переносимых ими лекарственных веществ [57].
Для транспорта лекарственных веществ магнитные наночастицы могут быть использованы самостоятельно или включены в состав других видов нанотранспортеров. Наиболее перспективным на данный момент считается использование с этой целью липосом, нагруженных магнитными наночастицами (магнитолипосомы) и лекарственными веществами. Магнитолипосомы обеспечивают стабильность магнитных наночастиц, возможность покрытия их поверхности специфическими лигандами (векторами) и защиту инкапсулированного в них лекарственного вещества [58]. В онкологии магнитные частицы могут быть дополнительно использованы для проведения магнитной гипертермии, что может быть положено в основу сочетанного метода противоопухолевой терапии [59]. С этой же целью могут быть использованы золотые наночастицы, для нагрева которых или высвобождения из них транспортируемых лекарственных веществ можно применить лазерное излучение инфракрасного диапазона [60].
Магнитные частицы, или магнитолипосомы, нагруженные лекарственным средством, избирательно накапливаются в опухоли или другой целевой зоне под действием внешнего магнитного поля, сфокусированного на нужной области. Многие исследования подтвердили принципиальную возможность адресной доставки наночастиц с магнитными свойствами в определенные органы и ткани 61. В частности, значительное накопление наночастиц в опухоли почки и внутренних органах кролика зафиксировано через 60 мин после внутриартериального введения раствора наночастиц и применения источника внешнего магнитного поля [64]. На экспериментальной модели остеосаркомы морских свинок продемонстрировано максимальное накопление наночастиц в ткани опухоли под действием магнитного поля через 60 мин после введения раствора магнитных наночастиц в яремную вену [65]. Ряд других исследований также свидетельствуют об эффективности управляемой доставки лекарств с помощью магнитных наночастиц и внешнего магнитного поля 68.
В последние годы для фотодинамической терапии начинают использовать фотосенсибилизаторы, доставляемые в опухоли или другие пролиферирующие ткани с помощью наночастиц [59]. Фотодинамический эффект при этом наблюдался при меньших интенсивностях лазерного излучения, чем при традиционных способах применения фотосенсибилизаторов 53. В онкологии весьма перспективным может оказаться применение в качестве носителя фотосенсибилизатора фуллеренов, которые при фотооблучении генерируют синглетный кислород и проявляют противоопухолевое действие [8, 69]. Генератором синглетного кислорода являются и наночастицы пористого кремния [70].
Физические факторы могут использоваться и для улучшения инкапсулирования (связывания, адсорбции) лекарственных веществ системами направленного транспорта. Например, предварительное экспонирование эритроцитов и лейкоцитов в ультрафиолетовых лучах или магнитном поле усиливает иммуномодулирующую, гепатопротекторную и антиоксидантную активность полученных из них эритроцитарных и лейкоцитарных носителей с включенными антибиотиками (ампициллин, цефазолин) [71]. Для быстрейшего и большего включения в эритроциты фармакологических препаратов используется электропорация, осуществляемая путем помещения эритроцитов и лекарственного вещества в пульсирующее электрическое поле напряженностью до 20 кВ/см [5]. Превышение трансмембранного потенциала приводит к временному образованию пор в клеточной мембране, что существенно облегчает поступление лекарств в эритроцит [5]. Для повышения фиксации антибактериальных препаратов транспортными клеточными системами используют облучение их гелий-неоновым лазером длиной волны 633 нм [32].
В направленной доставке лекарственных веществ важным этапом является высвобождение их из транспортирующей системы. Для этого применяют различные способы, в том числе и воздействие лечебными физическими факторами. В работах J. West и соавт. [72, 73] описаны системы доставки лекарств на основе нанокапсул, покрытых диэлектрическим материалом (кремний, золото), высвобождение препарата из которых происходит после расплавления капсул под воздействием облучения. Показана возможность использования для лечения диабета нанокапсул с инсулином, чувствительных к инфракрасному облучению. Дозированное высвобождение инсулина происходит при нагревании кожи в месте введения наносфер [74]. Кварцевые капсулы с ферромагнитными частицами внутри, имеющие векторы к клеткам опухоли, концентрируются в них и активируются под воздействием импульсного магнитного поля при достижении опухолевых тканей [69, 75]. Активация таких нанотранспортных систем может происходить и при воздействии электрическими полями, рентгеновскими лучами или светом [75].
Известны термочувствительные липосомы, состоящие из фосфолипидов с температурой фазового перехода выше, чем температура тела [77]. Например, препарат ThermoDax, применяемый в комплексе с нагревом токами высокой частоты, проходит клинические испытания при рецидивирующем раке молочной железы [78]. В РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАН разработана лиофилизированная термочувствительная липосомальная лекарственная форма доксорубицина с размером частиц 170±20 нм и эффективностью инкапсулирования препарата в везикулы 87-94% [41]. В доклинических испытаниях, проведенных на меланоме В16 и солидной карциноме Эрлиха, показано, что термолипосомальный доксорубицин в комбинации с локальной гипертермией (43 °С) обладает большей избирательностью действия по сравнению со свободным доксорубицином [41, 79]. Предложены также фоточувствительные липосомы, которые высвобождают содержащиеся в них лекарственные средства при воздействии ультрафиолетовыми лучами [80].
Будет уместным подчеркнуть, что в последние годы и в различных странах значительно повысился интерес к использованию лечебных физических факторов в нанотехнологиях, включая и направленный транспорт лекарственных веществ.