Целевая доставка лекарств , иногда называемая интеллектуальной доставкой лекарств , [1] — это метод доставки лекарств пациенту таким образом, чтобы увеличить концентрацию лекарства в некоторых частях тела по сравнению с другими. Этот способ доставки во многом основан на наномедицине, которая планирует использовать доставку лекарств с помощью наночастиц для борьбы с недостатками традиционной доставки лекарств. Эти наночастицы будут загружены лекарствами и направлены на определенные части тела, где находится исключительно больная ткань, тем самым избегая взаимодействия со здоровой тканью. Целью целевой системы доставки лекарств является продление, локализация, нацеливание и защищенное взаимодействие лекарства с больной тканью. Традиционная система доставки лекарств заключается в абсорбции лекарства через биологическую мембрану , тогда как система целевого высвобождения высвобождает лекарство в лекарственной форме. Преимуществами целевой системы высвобождения являются снижение частоты доз, принимаемых пациентом, более равномерное действие лекарства, снижение побочных эффектов лекарств и снижение колебаний в уровнях циркулирующего лекарства. Недостатком системы является высокая стоимость, что затрудняет производительность, а также ограниченная возможность регулировки дозировки.
Системы целевой доставки лекарств были разработаны для оптимизации регенеративных методов. Система основана на методе, который доставляет определенное количество терапевтического агента в течение длительного периода времени в целевую больную область в организме. Это помогает поддерживать требуемые уровни лекарств в плазме и тканях организма, тем самым предотвращая любое повреждение здоровой ткани через лекарство. Система доставки лекарств является высокоинтегрированной и требует различных дисциплин, таких как химики, биологи и инженеры, чтобы объединить усилия для оптимизации этой системы. [2]
В традиционных системах доставки лекарств , таких как пероральный прием или внутрисосудистая инъекция, лекарство распределяется по всему организму через системное кровообращение . Для большинства терапевтических агентов только небольшая часть лекарства достигает органа, на который должно быть оказано воздействие, например, при химиотерапии, где примерно 99% введенных лекарств не достигают места опухоли. [3] Целевая доставка лекарств стремится сконцентрировать лекарство в интересующих тканях, одновременно снижая относительную концентрацию лекарства в остальных тканях. Например, избегая защитных механизмов хозяина и подавляя неспецифическое распределение в печени и селезенке, [4] система может достичь предполагаемого места действия в более высоких концентрациях. Считается, что целевая доставка повышает эффективность и снижает побочные эффекты .
При внедрении системы целевого высвобождения необходимо учитывать следующие критерии проектирования системы: свойства препарата, побочные эффекты препаратов, путь доставки препарата, целевое место и заболевание.
Увеличение разработок в области новых методов лечения требует контролируемой микросреды, которая достигается только путем внедрения терапевтических агентов, побочные эффекты которых можно избежать с помощью целенаправленной доставки лекарств. Достижения в области целенаправленной доставки лекарств в сердечную ткань станут неотъемлемым компонентом для регенерации сердечной ткани. [5]
Существует два вида целенаправленной доставки лекарств: активная целенаправленная доставка лекарств, например, некоторые препараты на основе антител , и пассивная целенаправленная доставка лекарств, например, эффект повышенной проницаемости и удержания (ЭПР-эффект).
Эта способность наночастиц концентрироваться в областях исключительно пораженной ткани достигается посредством одного или обоих способов нацеливания: пассивного или активного.
Пассивное нацеливание достигается путем включения терапевтического агента в макромолекулу или наночастицу, которая пассивно достигает целевого органа. При пассивном нацеливании успех препарата напрямую связан со временем циркуляции. [6] Это достигается путем покрытия наночастицы каким-либо покрытием. Этого можно добиться несколькими веществами, одним из которых является полиэтиленгликоль (ПЭГ). При добавлении ПЭГ к поверхности наночастицы она становится гидрофильной, что позволяет молекулам воды связываться с молекулами кислорода на ПЭГ посредством водородных связей. Результатом этой связи является пленка гидратации вокруг наночастицы, которая делает вещество антифагоцитарным. Частицы приобретают это свойство благодаря гидрофобным взаимодействиям, которые являются естественными для ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) , таким образом, наночастица, нагруженная лекарством, может оставаться в кровообращении в течение более длительного периода времени. [7] Было обнаружено, что для работы в сочетании с этим механизмом пассивного нацеливания наночастицы размером от 10 до 100 нанометров циркулируют в системе в течение более длительных периодов времени. [8]
Активное нацеливание наночастиц, загруженных лекарством, усиливает эффекты пассивного нацеливания, делая наночастицу более специфичной к целевому участку. Существует несколько способов, с помощью которых можно осуществить активное нацеливание. Один из способов активного нацеливания исключительно на больную ткань в организме — это знать природу рецептора на клетке, на которую будет нацелено лекарство. [9] Затем исследователи могут использовать клеточно-специфические лиганды, которые позволят наночастице специфически связываться с клеткой, имеющей комплементарный рецептор. Было обнаружено, что эта форма активного нацеливания является успешной при использовании трансферрина в качестве клеточно-специфического лиганда. [9] Трансферрин был конъюгирован с наночастицей для нацеливания на опухолевые клетки, которые обладают механизмами эндоцитоза, опосредованными трансферриновым рецептором на своей мембране. Было обнаружено, что этот способ нацеливания увеличивает поглощение, в отличие от неконъюгированных наночастиц. Другим клеточно-специфическим лигандом является мотив RGD , который связывается с интегрином αvβ3 . [10] Этот интегрин активируется в опухолевых и активированных эндотелиальных клетках. [11] Было показано, что конъюгация RGD с наночастицами, загруженными химиотерапевтическими препаратами, увеличивает поглощение раковыми клетками in vitro и терапевтическую эффективность in vivo . [10]
Активное нацеливание также может быть достигнуто путем использования магнитолипосом, которые обычно служат контрастным веществом в магнитно-резонансной томографии. [9] Таким образом, путем прививки к этим липосомам желаемого препарата для доставки в определенную область тела, магнитное позиционирование может помочь в этом процессе.
Кроме того, наночастица может обладать способностью активироваться триггером, специфичным для целевого участка, например, используя материалы, которые реагируют на pH. [9] Большая часть тела имеет постоянный нейтральный pH. Однако некоторые области тела от природы более кислые, чем другие, и, таким образом, наночастицы могут воспользоваться этой способностью, высвобождая лекарство при столкновении с определенным pH. [9] Другой специфический механизм запуска основан на окислительно-восстановительном потенциале. Одним из побочных эффектов опухолей является гипоксия , которая изменяет окислительно-восстановительный потенциал в непосредственной близости от опухоли. Изменяя окислительно-восстановительный потенциал, который запускает высвобождение полезной нагрузки, везикулы могут быть избирательными к различным типам опухолей. [12]
Используя как пассивное, так и активное нацеливание, наночастица с лекарственным средством имеет повышенное преимущество перед обычным лекарством. Она способна циркулировать по всему телу в течение длительного периода времени, пока она успешно не привлечется к своей цели с помощью клеточно-специфических лигандов, магнитного позиционирования или материалов, чувствительных к pH. Благодаря этим преимуществам побочные эффекты от обычных лекарств будут в значительной степени снижены в результате воздействия наночастиц с лекарственным средством только на больные ткани. [13] Однако новая область, известная как нанотоксикология, обеспокоена тем, что сами наночастицы могут представлять угрозу как для окружающей среды, так и для здоровья человека, имея собственные побочные эффекты. [14] Активное нацеливание также может быть достигнуто с помощью системы нацеливания лекарств на основе пептидов. [15]
Существуют различные типы средств доставки лекарств, такие как полимерные мицеллы, липосомы, носители лекарств на основе липопротеинов, носители лекарств на основе наночастиц, дендримеры и т. д. Идеальное средство доставки лекарств должно быть нетоксичным, биосовместимым, неиммуногенным, биоразлагаемым [5] и не должно распознаваться защитными механизмами хозяина [3] .
Пептиды клеточной поверхности обеспечивают один из способов доставки лекарств в целевую клетку. [16] Этот метод осуществляется путем связывания пептида с рецепторами поверхности целевой клетки таким образом, что он обходит иммунную защиту, которая в противном случае поставила бы под угрозу более медленную доставку, не причиняя вреда хозяину. В частности, пептиды, такие как молекула межклеточной адгезии-1, показали большую способность связываться с целевой клеткой. Этот метод показал определенную степень эффективности в лечении как аутоиммунных заболеваний, так и форм рака в результате этого связывающего сродства. [17] Доставка, опосредованная пептидами, также является многообещающей из-за низкой стоимости создания пептидов, а также простоты их структуры.
Наиболее распространенным средством, используемым в настоящее время для целевой доставки лекарств, является липосома . [ 19] Липосомы нетоксичны, негемолитичны и неиммуногенны даже при повторных инъекциях; они биосовместимы и биоразлагаемы и могут быть разработаны так, чтобы избегать механизмов клиренса (ретикулоэндотелиальная система (РЭС), почечный клиренс, химическая или ферментативная инактивация и т. д.) [20] [21] Наноносители на основе липидов, покрытые лигандом, могут хранить свою полезную нагрузку в гидрофобной оболочке или гидрофильной внутренней части в зависимости от природы переносимого лекарственного средства/ контрастного вещества . [5]
Единственной проблемой использования липосом in vivo является их немедленное поглощение и клиренс системой RES и их относительно низкая стабильность in vitro. Для борьбы с этим на поверхность липосом можно добавить полиэтиленгликоль (ПЭГ). Увеличение молярного процента ПЭГ на поверхности липосом на 4-10% значительно увеличило время циркуляции in vivo с 200 до 1000 минут. [5]
ПЭГилирование липосомального наноносителя продлевает период полураспада конструкции, сохраняя при этом пассивный механизм нацеливания, который обычно приписывается липидным наноносителям. [22] При использовании в качестве системы доставки обычно используется способность вызывать нестабильность в конструкции, что позволяет избирательно высвобождать инкапсулированный терапевтический агент в непосредственной близости от целевой ткани/клетки in vivo . Эта система наноносителя обычно используется в противораковой терапии, поскольку кислотность опухолевой массы, вызванная чрезмерной зависимостью от гликолиза, запускает высвобождение препарата. [22] [23] [24]
Дополнительные эндогенные триггерные пути были исследованы посредством использования внутренней и внешней среды опухоли, такой как активные формы кислорода, глутатион, ферменты, гипоксия и аденозин-5'-трифосфат (АТФ), все из которых, как правило, в большом количестве присутствуют в опухолях и вокруг них. [25] Также используются внешние триггеры, такие как свет, низкочастотный ультразвук (НЧУЗ), электрические поля и магнитные поля. [26] В частности, НЧУЗ продемонстрировал высокую эффективность в контролируемом триггере различных препаратов у мышей, таких как цисплатин и кальцеин. [27] [28]
Другим типом используемого средства доставки лекарств являются полимерные мицеллы . Они готовятся из определенных амфифильных сополимеров, состоящих как из гидрофильных, так и гидрофобных мономерных единиц. [2] Их можно использовать для переноса лекарств, которые имеют плохую растворимость. Этот метод мало что дает с точки зрения контроля размера или пластичности функции. Были разработаны методы, которые используют реактивные полимеры вместе с гидрофобной добавкой для получения более крупной мицеллы , которая создает диапазон размеров. [29]
Дендримеры также являются транспортными средствами на основе полимеров. Они имеют ядро, которое разветвляется через регулярные интервалы, образуя небольшой, сферический и очень плотный наноноситель. [30]
Биоразлагаемые частицы обладают способностью воздействовать на пораженные ткани, а также доставлять свою полезную нагрузку в качестве терапии с контролируемым высвобождением . [31] Было обнаружено, что биоразлагаемые частицы, несущие лиганды к P-селектину , эндотелиальному селектину ( E-селектину ) и ICAM-1, прилипают к воспаленному эндотелию . [32] Таким образом, использование биоразлагаемых частиц может также применяться для сердечной ткани.
Существуют биосовместимые микроводорослевые гибридные микророботы для активной доставки лекарств в легкие и желудочно-кишечный тракт. Микророботы доказали свою эффективность в испытаниях с мышами. В двух исследованиях «флуоресцентный краситель или клеточная мембрана–покрытые функционализированные наночастицы водорослевых моторов были дополнительно встроены в чувствительную к pH капсулу» и «нейтрофильные мембраны–покрытые полимерные наночастицы, нагруженные антибиотиком, [были прикреплены] к естественным микроводорослям». [33] [34] [35]
Успех ДНК-нанотехнологии в создании искусственно спроектированных наноструктур из нуклеиновых кислот , таких как ДНК , в сочетании с демонстрацией систем для ДНК-вычислений привел к предположению, что искусственные наноустройства нуклеиновых кислот могут быть использованы для целевой доставки лекарств на основе прямого зондирования ее окружения. Эти методы используют ДНК исключительно как структурный материал и химическое вещество и не используют ее биологическую роль как носителя генетической информации. Были продемонстрированы логические схемы нуклеиновых кислот, которые потенциально могли бы использоваться в качестве ядра системы, которая высвобождает лекарство только в ответ на стимул, такой как определенная мРНК . [36] Кроме того, была синтезирована «коробка» ДНК с контролируемой крышкой с использованием метода ДНК-оригами . Эта структура могла бы инкапсулировать лекарство в его закрытом состоянии и открываться для его высвобождения только в ответ на желаемый стимул. [37]
Направленную доставку лекарств можно использовать для лечения многих заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и диабет . Однако наиболее важным применением направленной доставки лекарств является лечение раковых опухолей . При этом пассивный метод нацеливания опухолей использует преимущество эффекта повышенной проницаемости и удержания (EPR) . Это ситуация, характерная для опухолей, которая возникает из-за быстрого формирования кровеносных сосудов и плохого лимфатического дренажа. Когда кровеносные сосуды формируются так быстро, образуются большие фенестры размером от 100 до 600 нанометров, что обеспечивает улучшенный вход наночастиц. Кроме того, плохой лимфатический дренаж означает, что большой приток наночастиц редко покидает опухоль, таким образом, опухоль удерживает больше наночастиц для успешного лечения. [8]
Американская кардиологическая ассоциация оценивает сердечно-сосудистые заболевания как причину смерти номер один в Соединенных Штатах. Каждый год в Соединенных Штатах происходит 1,5 миллиона инфарктов миокарда (ИМ), также известных как сердечные приступы, из которых 500 000 приводят к смерти. Расходы, связанные с сердечными приступами, превышают 60 миллиардов долларов в год. Поэтому необходимо разработать оптимальную систему восстановления. Ключ к решению этой проблемы заключается в эффективном использовании фармацевтических препаратов, которые могут быть направлены непосредственно на больную ткань. Эта методика может помочь разработать множество других регенеративных методов лечения различных заболеваний. Разработка ряда регенеративных стратегий в последние годы для лечения сердечных заболеваний представляет собой сдвиг парадигмы от традиционных подходов, направленных на лечение сердечных заболеваний. [5]
Терапия стволовыми клетками может использоваться для регенерации ткани миокарда и восстановления сократительной функции сердца путем создания/поддержки микросреды до инфаркта миокарда. Разработки в области направленной доставки лекарств в опухоли заложили основу для развивающейся области направленной доставки лекарств в сердечную ткань. [5] Недавние разработки показали, что в опухолях существуют различные эндотелиальные поверхности, что привело к концепции направленной доставки лекарств в опухоли, опосредованной молекулой адгезии эндотелиальных клеток .
Липосомы могут использоваться для доставки лекарств при лечении туберкулеза . Традиционное лечение туберкулеза — химиотерапия через кожу, которая не слишком эффективна, что может быть связано с тем, что химиотерапия не может создать достаточно высокую концентрацию в месте инфекции. Система доставки липосом обеспечивает лучшее проникновение микрофагов и лучшую концентрацию в месте инфекции. [38] Доставка лекарств осуществляется внутривенно и путем ингаляции. Пероральный прием не рекомендуется, поскольку липосомы разрушаются в желудочно-кишечной системе.
3D-печать также используется врачами для исследования того, как более эффективно воздействовать на раковые опухоли . Распечатав пластиковую 3D-форму опухоли и заполнив ее лекарствами, используемыми при лечении, можно наблюдать за потоком жидкости, что позволяет изменять дозы и нацеливать местоположение лекарств. [39]
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )