Липидные наночастицы (ЛНП) представляют собой очень маленькие сферические частицы, состоящие из липидов . Они представляют собой новую фармацевтическую систему доставки лекарств (часть доставки лекарств с помощью наночастиц ) и новую фармацевтическую формулу . [1] [2] Использование ЛНП для доставки лекарств было впервые одобрено в 2018 году для препарата siRNA Onpattro . [3] ЛНП стали более широко известны в конце 2020 года, поскольку некоторые вакцины от COVID-19 , использующие технологию РНК-вакцины, покрывают хрупкие нити мРНК пегилированными липидными наночастицами в качестве средства доставки (включая вакцины Moderna и Pfizer–BioNTech COVID-19 ). [4]
Липидная наночастица обычно имеет сферическую форму со средним диаметром от 10 до 1000 нанометров . Твердые липидные наночастицы (SLN) обладают твердой липидной основной матрицей, которая может растворять липофильные молекулы . Липидное ядро стабилизируется поверхностно-активными веществами (эмульгаторами). Используемый эмульгатор зависит от путей введения и более ограничен для парентеральных введений. [5] Термин «липид» используется здесь в более широком смысле и включает триглицериды (например, тристеарин ), диглицериды (например, глицеролбахенат), моноглицериды (например, глицеролмоностеарат ), жирные кислоты (например, стеариновая кислота ), стероиды (например, холестерин ) и воски (например, цетилпальмитат ). Все классы эмульгаторов (по заряду и молекулярной массе) использовались для стабилизации липидной дисперсии. Было обнаружено, что комбинация эмульгаторов может более эффективно предотвращать агломерацию частиц . [5] [6]
SLN обычно сферический и состоит из твердого липидного ядра, стабилизированного поверхностно-активным веществом. Липидами ядра могут быть жирные кислоты, ацилглицерины, воски и смеси этих поверхностно-активных веществ. Биологические мембранные липиды, такие как фосфолипиды , сфингомиелины , желчные соли ( таурохолат натрия ) и стерины (холестерин), используются в качестве стабилизаторов. Биологические липиды, имеющие минимальную цитотоксичность носителя и твердое состояние липида, позволяют лучше контролировать высвобождение лекарства из-за повышенного сопротивления массопереносу. [7] Шах и др. в своей книге «Липидные наночастицы: производство, характеристика и стабильность» подробно обсуждают их. [8]
LNP, используемые в вакцинах мРНК для SARS-CoV-2 (вируса, вызывающего COVID-19 ), состоят из четырех типов липидов: ионизированный катионный липид (положительный заряд которого связывается с отрицательно заряженной мРНК), ПЭГилированный липид (для стабильности), фосфолипид (для структуры) и холестерин (для структуры). [9] Из-за быстрого очищения иммунной системой положительно заряженного липида были разработаны нейтральные ионизируемые аминолипиды. Новый липид скварамида (то есть частично ароматические четырехчленные кольца, которые могут участвовать во взаимодействиях пи-пи) был предпочтительной частью системы доставки, используемой, например, Moderna. [10]
Различные процедуры формулирования включают гомогенизацию с высоким сдвигом и ультразвук, эмульгирование/испарение растворителя или микроэмульсию. Получение распределения размеров в диапазоне 30-180 нм возможно с использованием ультразвука за счет длительного времени обработки ультразвуком. Эмульгирование растворителем подходит для приготовления небольших дисперсий липидных наночастиц однородного размера с преимуществом избегания нагрева. [11]
Полученная формула LNP может быть впоследствии заполнена в стерильные контейнеры и подвергнута окончательному контролю качества. Однако различные меры по контролю и оценке качества продукта интегрированы на каждом этапе производства LNP и включают тестирование полидисперсности, размера частиц, эффективности загрузки лекарственного средства и уровня эндотоксинов. [12]
Разработка твердых липидных наночастиц является одной из новых областей липидной нанотехнологии (для обзора липидной нанотехнологии см. [13] ) с несколькими потенциальными приложениями в доставке лекарств, клинической медицине и исследованиях , а также в других дисциплинах. Благодаря своим уникальным свойствам, зависящим от размера, липидные наночастицы предлагают возможность разработки новых терапевтических средств. Возможность включения лекарств в наноносители предлагает новый прототип в доставке лекарств, который может иметь большие перспективы для достижения повышения биодоступности наряду с контролируемой и сайт-специфической доставкой лекарств. SLN также считаются хорошо переносимыми в целом из-за их состава из физиологически схожих липидов. [ необходима цитата ]
Традиционные подходы, такие как использование усилителей проницаемости, модификация поверхности, синтез пролекарств, комплексообразование и стратегии на основе коллоидных липидных носителей, были разработаны для доставки лекарств в лимфатическую систему кишечника. Кроме того, полимерные наночастицы, самоэмульгирующиеся системы доставки, липосомы , микроэмульсии , мицеллярные растворы и недавно твердые липидные наночастицы (SLN) были использованы как вероятные возможности в качестве носителей для пероральной доставки в лимфатическую систему кишечника. [14]
Твердые липидные наночастицы могут функционировать в качестве основы для систем пероральной и парентеральной доставки лекарств . SLN сочетают в себе преимущества систем липидной эмульсии и полимерных наночастиц, преодолевая при этом проблемы временной и in vivo стабильности, которые мешают как традиционным, так и полимерным подходам к доставке лекарств на основе наночастиц. [5] Было высказано предположение, что SLN сочетают в себе многочисленные преимущества по сравнению с другими коллоидными носителями, а именно возможность включения липофильных и гидрофильных лекарств, отсутствие биотоксичности носителя, отсутствие органических растворителей, возможность контролируемого высвобождения лекарств и нацеливания лекарств, повышенную стабильность лекарств и отсутствие проблем с крупномасштабным производством. [5] Кроме того, на их поверхности могут быть иммобилизованы различные функции, такие как молекулы для нацеливания, цепи ПЭГ для скрытых свойств [15] или тиоловые группы для адгезии посредством образования дисульфидных связей [16] . Недавнее исследование продемонстрировало использование твердых липидных наночастиц в качестве платформы для пероральной доставки питательного минерального железа путем включения гидрофильной молекулы сульфата железа (FeSO 4 ) в липидную матрицу, состоящую из стеариновой кислоты . [17] Твердые липидные наночастицы, загруженные карведилолом, были приготовлены с использованием метода горячей гомогенизации для пероральной доставки с использованием компритола и полоксамера 188 в качестве липида и поверхностно-активного вещества соответственно. [18] Другим примером доставки лекарств с использованием SLN будет пероральный твердый SLN, суспендированный в дистиллированной воде, который был синтезирован для улавливания лекарств внутри структуры SLN. При расстройстве пищеварения SLN подвергаются воздействию желудочных и кишечных кислот, которые растворяют SLN и высвобождают лекарства в систему. [19]
Многие наноструктурированные системы использовались для доставки лекарств в глаза и дали некоторые многообещающие результаты. SLN рассматривались как потенциальная система переноса лекарств с 1990-х годов. SLN не проявляют биотоксичности, поскольку они готовятся из физиологических липидов. SLN особенно полезны для доставки лекарств в глаза, поскольку они могут усиливать абсорбцию лекарств роговицей и улучшать биодоступность как гидрофильных , так и липофильных лекарств в глазах. [20] Твердые липидные наночастицы имеют еще одно преимущество, позволяя проводить стерилизацию в автоклаве , что является необходимым шагом на пути к разработке глазных препаратов. [21]
Преимущества SLN включают использование физиологических липидов (что снижает опасность острой и хронической токсичности), избегание органических растворителей, потенциальный широкий спектр применения ( дермально , перорально , внутривенно ) и гомогенизацию под высоким давлением как устоявшийся метод производства. Кроме того, улучшенная биодоступность , защита чувствительных молекул лекарств от внешней среды (воды, света) и даже контролируемые характеристики высвобождения были заявлены путем включения плохо растворимых в воде лекарств в твердую липидную матрицу. Более того, SLN могут переносить как липофильные, так и гидрофильные лекарства и являются более доступными по сравнению с носителями на основе полимеров/поверхностно-активных веществ. [22]
Существенным препятствием для использования LNP в качестве средства доставки нуклеиновых кислот является то, что в природе и липиды, и нуклеиновые кислоты несут отрицательный электрический заряд , что означает, что они нелегко смешиваются друг с другом. [23] Работая в Syntex в середине 1980-х годов, [24] Филип Фелгнер стал пионером в использовании искусственно созданных катионных липидов (положительно заряженных липидов) для связывания липидов с нуклеиновыми кислотами с целью трансфекции последних в клетки. [25] Однако к концу 1990-х годов из экспериментов in vitro стало известно, что такое использование катионных липидов имеет нежелательные побочные эффекты на клеточные мембраны . [26]
В конце 1990-х и 2000-х годов Питер Куллис из Университета Британской Колумбии разработал ионизируемые катионные липиды, которые «положительно заряжены при кислом pH, но нейтральны в крови». [9] Куллис также руководил разработкой методики, включающей тщательную корректировку pH в процессе смешивания ингредиентов для создания LNP, которые могли бы безопасно проходить через клеточные мембраны живых организмов. [23] [27] По состоянию на 2021 год текущее понимание LNP, сформулированных с такими ионизируемыми катионными липидами, заключается в том, что они проникают в клетки посредством опосредованного рецепторами эндоцитоза и оказываются внутри эндосом . [9] Кислотность внутри эндосом заставляет ионизируемые катионные липиды LNP приобретать положительный заряд, и это, как полагают, позволяет LNP выходить из эндосом и высвобождать свою полезную нагрузку РНК. [9]
С 2005 по начало 2010-х годов LNP исследовались как система доставки лекарств для препаратов на основе малых интерферирующих РНК (siRNA). [9] В 2009 году Куллис стал соучредителем компании Acuitas Therapeutics для коммерциализации своих исследований LNP; Acuitas работал над разработкой LNP для препаратов на основе siRNA компании Alnylam Pharmaceuticals . [28] В 2018 году FDA одобрило препарат на основе siRNA компании Alnylam Onpattro ( патисиран ), первый препарат, в котором LNP использовались в качестве системы доставки лекарств. [3] [9]
К тому времени разработчики лекарств siRNA, такие как Alnylam, уже рассматривали другие варианты для будущих лекарств, такие как химические конъюгированные системы , но в 2010-х годах более ранние исследования по использованию LNP для siRNA стали основой для новых исследований по использованию LNP для мРНК. [9] Липиды, предназначенные для коротких цепей siRNA, не работали хорошо для гораздо более длинных цепей мРНК, что привело к обширным исследованиям в середине 2010-х годов по созданию новых ионизируемых катионных липидов, подходящих для мРНК. [9] По состоянию на конец 2020 года несколько вакцин мРНК для SARS-CoV-2 используют LNP в качестве системы доставки лекарств, включая как вакцину Moderna COVID-19, так и вакцины Pfizer–BioNTech COVID-19. [3] Moderna использует свой собственный запатентованный ионизированный катионный липид под названием SM-102 , в то время как Pfizer и BioNTech лицензировали ионизированный катионный липид под названием ALC-0315 от Acuitas. [9]
Было разработано выяснение механизма кишечной лимфатической абсорбции из твердых липидных наночастиц с использованием клеточной линии Caco-2 в качестве модели in vitro. [29] Несколько исследователей показали повышение пероральной биодоступности плохо растворимых в воде лекарственных средств при инкапсуляции в твердые липидные наночастицы . Эта повышенная биодоступность достигается посредством лимфатической доставки. Для выяснения механизма абсорбции из твердых липидных наночастиц , человеческий вырезанный монослой клеток Caco-2 может быть альтернативной тканью для разработки модели in vitro, которая будет использоваться в качестве инструмента скрининга перед проведением исследований на животных. Результаты, полученные в этой модели, предполагают, что основным механизмом абсорбции твердых липидных наночастиц, нагруженных карведилолом, может быть эндоцитоз и, более конкретно, эндоцитоз , опосредованный клатрином . [18]
