НАНОСИСТЕМА ТРАНСПОРТА ЛЕКАРСТВ НА ОСНОВЕ

НАНОСИСТЕМА ТРАНСПОРТА ЛЕКАРСТВ НА ОСНОВЕ ФОСФОЛИПИДОВ
В настоящее время уровень развития естественных наук позволяет синтезировать
огромное
множество
соединений,
в
том
числе
обладающих
биологической/фармакологической активностью. Развитие новых областей науки, таких как
геномика и протеомика, определят в ближайшие 5 лет десятки тысяч новых мишеней в
клетке, воздействие на которые либо предотвратит, либо остановит развитие определенной
патологии. Однако создание новых препаратов с каждым годом становится все дороже и
сопряжено с большими финансовыми рисками. Например, суммарные затраты
фармацевтических фирм США на разработку новых препаратов растут в геометрической
прогрессии, и, по разным подсчетам, в настоящее время составляют от $0,8 до 1,5 млрд.
Кроме того, при таких временных затратах на разработку препарата существенно
увеличиваются риски долговременных инвестиций. В целом, существует целый ряд причин,
стимулирующих поиск новых подходов, позволяющих существенно повысить
эффективность уже имеющихся лекарственных средств.
НЕОБХОДИМОСТЬ ПОИСКА НОВЫХ ПОДХОДОВ В
РАЗРАБОТКЕ ЛЕКАРСТВ
ПРИЧИНЫ ОБЩЕГО
ХАРАКТЕРА
•
снижение эффективности
разработок по созданию
принципиально новых
препаратов
•
высокий риск для
долговременных
инвестиций
•
наличие большого
количества дешевых
дженериков
ПРИЧИНЫ СВЯЗАННЫЕ С
ЛЕКАРСТВАМИ
• низкая растворимость в воде;
• неспособность избирательно
аккумулироваться в месте
воздействия
• неспособность (ограниченная
способность) транспорта через
естественные барьеры (мембрану
клеток, гематобарьер и др)
• наличие многочисленных
побочных проявлений
• быстрая потеря активности при
введении в организм
• высокая скорость сорбции и
элиминации и т.д.
Одним из таких подходов способным «продлить жизнь» известным лекарственным
препаратам относится разработка систем транспорта лекарств в организме. В настоящее
время это отрасль является одной из наиболее активно развивающихся в мире.
Сегодня уже не требуется доказывать, что лекарства, снабженные системой доставки,
имеют ряд преимуществ по сравнению со свободными препаратами. Применение системам
транспорта позволяет:






пролонгировать действие лекарственного соединения;
обеспечить необходимую биосовместимость;
защитить лекарственное соединение от преждевременной биодеградации;
увеличить биодоступность лекарственного соединения;
преодолеть мембранный и гематоэнцефалический биологические барьеры;
осуществлять направленный ткане- и/или мишень-специфический транспорт
лекарственного соединения;


обеспечить контролируемое высвобождение лекарственного соединения;
поддерживать оптимальную терапевтическую концентрацию лекарственного
соединения в крови и тканях;
 минимизировать побочные эффекты лекарственного соединения и его
метаболитов; и т.д. и т.д.
Особый вклад в разработку эффективных систем транспорта внесли нанотехнологии.
Именно появление новых наноматериалов и наночастиц стимулировало развитие новых
стратегий в фарминдустрии, стратегий связанных, прежде всего, с повышением
эффективности лекарств, их биодоступности и адресности.
нанотехнологии
СЕГОДНЯ В МИРЕ У ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ КОМПАНИЙ
НЕОБХОДИМОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ ТРАНСПОРТА
ЛЕКАРСТВ НЕ ВЫЗЫВАЕТ СОМНЕНИЙ. ИНТЕРЕС К РАЗРАБОТКАМ
ТАКИХ СИСТЕМ НЕОБЫЧАЙНО ВЫСОК. ВОПРОС В ТОМ, КАКАЯ
СИСТЕМА ТРАНСПОРТА НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНА?
•
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ 25 % МИРОВОГО ОБЪЕМА ПРОДАЖ
СОСТАВЛЯЮТ ЛЕКАРСТВА СНАБЖЕННЫЕ СРЕДСТВАМИ
ДОСТАВКИ. В США ЕЖЕГОДНЫЕ ОБЪЕМЫ ПРОДАЖ ЛЕКАРСТВ,
СНАБЖЕННЫХ СИСТЕМАМИ ТРАНСПОРТА УВЕЛИЧИВАЮТСЯ
В СРЕДНЕМ НА 9% В ГОД.
•
Список структур нанометрового диапазона или наночастиц, которые уже
применяются или будут применяться в ближайшем будущем для разработки систем
транспорта лекарств, достаточно велик. К ним относятся: фуллерены, дендримеры,
липочастицы, наночастицы золота, серебра, квантум доты, магнитные наночастицы,
нанопарамагнетики, нанопорошки и нанокристаллы, наночастицы на основе кремния и т.д.
В последние годы особое внимание уделяется фосфолипидным наночастицам коллоидальным переносчикам лекарств, в эффективность которых существенный вклад
вносят размеры (менее 100 нм.). Фосфолипидные наночастицы (липосомы, мицеллы)
биодеградируемы, биологически инертны, не вызывают аллергических, антигенных или
пирогенных реакций. Поверхность липидных наночастиц, в сравнении с другими частицами,
легко модифицируется для обеспечения направленности доставки. С их помощью можно
транспортировать очень широкий спектр биологически активных веществ - от
лекарственных субстанций, до генных конструкций. Ряд лекарственных препаратов,
полученных на их основе, уже внедрен в медицинскую практику.
Почему фосфолипиды?
СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
ФОСФОЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ
MICELLE
LIPOSOME
Молекула фосфолипидов имеет уникальное строение. Она состоит как бы из двух
частей: гидрофильной (растворимой в воде) и гидрофобной (нерастворимой в воде). Такое
амфифильное строение заставляет фосфолипиды при попадании в воду определенным
образом организовываться, т.е. гидрофильная часть молекулы выступает наружу, а
гидрофобная – прячется внутрь. Фосфолипиды создают плавный переход в живой природе
от гидрофобной области к гидрофильной. На этом принципе основана организация мембран
всех живых клеток. Спонтанная самоорганизация фосфолипидов при попадании в воду
позволяет получать на их основе без особых энергетических затрат мелкие частицы –
везикулы, мицеллы, липосомы. Лекарство, встроенное в такую частицу, благодаря высокой
ее комплементарности к мембране клетки, может легко транспортироваться внутрь, а также к
различным компартментам клетки, например, к митохондриям. Этот факт особенно важен
для разработки различных препаратов для спортсменов (эффективный транспорт кислорода
в клетку).
Основными преимуществами систем транспорта лекарств на основе фосфолипидов
являются:
- способность за счет структурной организации осуществлять транспорт как
гидрофильных, так и гидрофобных лекарственных субстанций;
- способность защищать лекарство от преждевременной деградации при его
включении в частицу, что в дальнейшем позволяет использовать его в более низких дозах;
- возможность получать лекарственные препараты для разных форм введения
(внутривенной, пероральной, трансдермальной, интраназальной и др);
- возможность доставлять лекарство внутрь клетки;
- возможность модификации поверхности для присоединения адресного» фрагмента и
т.д.
Сегодня уже существует множество различных систем доставки на основе
фосфолипидов. Прежде всего, это – липосомальные системы. Эти системы транспорта были
первыми в 60-х годах прошлого века и в настоящее время они наиболее широко
представлены на фармацевтическом рынке. Липосомальные препараты дошли до аптеки.
Липосомы способны защитить инкапсулированные лекарства от преждевременной
деградации; увеличить время циркуляции и обеспечить прохождение естественных барьеров
(мембраны клеток, гематоэнцефалический и др. барьеры).
К основным недостаткам липосомальных систем транспорта можно отнести: (1)
быструю деградацию в кровяном русле, (2) относительно крупный диаметр частиц (200-400
нм), (3) доступность для лизиса ретикулоэндотелиальной системой клетки, (4) малое
количество транспортируемого соединения, ограниченное «внутренним» объемом
липосомы. Существуют определенные подходы в преодолении этих недостатков. Например,
стерическая стабилизация липосом (покрытие полиэтиленгликолем), что с одной стороны,
способствует увеличению времени циркуляции частиц в кровотоке, но с другой – осложняет
высвобождение лекарства и способствует проявлению аллергических реакций при
применении таких лекарственных форм (5). Другим, более эффективным подходом, является
снижение размера фосфолипидных частиц.
Анализ литературы, а также исследования, проведенные в нашем институте,
позволяют утверждать, что эффективность фосфолипидных систем транспорта существенно
зависит от размера частиц. Так, фосфолипидные наночастицы размером до 100 нм способны
продлевать циркуляцию лекарства в кровотоке, увеличивают вероятность выхода в очаги
патологии через межклеточное пространство и дефекты сосудов (экстравазия сосудов),
обладают способностью трансмембранного транспорта лекарства и доставки его внутрь
клетки. Было показано, что уменьшение размера липосом в 8 раз продлевало их циркуляцию
в кровотоке почти в 40 раз. Уменьшение размера частиц приводит к увеличению площади их
поверхности, лекарства, связанные с такими наночастицами, должны изменять свою
фармакокинетику.
Сегодня разрабатываются много различных наносистем для транспорта лекарств на
основе фосфолипидов, некоторые из них находятся уже на стадии клинических испытаний.
ФОСФОЛИПИДНЫЕ НАНОСИСТЕМЫ ДЛЯ
ТРАНСПОРТА ЛЕКАРСТВ
- липосомы;
-долго циркулирующие ПЭГлипосомы;
-рН-чувствительные и
термочувствительные липосомы;
- мицеллы;
Фосфолипидные
структуры для
транспорта
лекарств
- мицеллы с липидным ядром;
- твердые липидные наночастицы;
- гибридные (смешанные) наночастицы
- смешанные мицеллярные наночастицы
- липид-полимерные наночастицы
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
СОЗДАТЬ ТЕХНОЛОГИЮ
ПРОИЗВОДСТВА СТАБИЛЬНЫХ
ФОСФОЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ
ПРЕДЕЛЬНО МАЛОГО РАЗМЕРА
ДЛЯ
ПОСЛЕДУЮЩЕГО ИХ НАСЫЩЕНИЯ
ЛЕКАРСТВЕННЫМИ СУБСТАНЦИЯМИ
Перед нами была цель – получить фосфолипидную систему транспорта лекарств с
предельно малым размером наночастиц.
В 2007-2009гг нами была разработана технология получения фосфолипидных
наночастиц, со средним диаметром 15-25 нм, в виде лиофильно высушенного порошка,
стабильного при хранении. Были разработаны основные принципы встраивания в
фосфолипидную наносистему биологически активных соединений различных классов.
Показано, что встраивание лекарственных субстанций в фосфолипидные наночастицы
существенно увеличивает их биодоступность, и терапевтическую эффективность.
ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ФОСФОЛИПИДНОЙ
ТРАСПОРТНОЙ НАНОСИСТЕМЫ
1.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОЛИПИДНЫХ
НАНОЧАСТИЦ ПРЕДЕЛЬНО МАЛОГО РАЗМЕРА.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ УСЛОВИЙ
ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫХ
ФОСФОЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ (2006г)
2.
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И РЕГЛАМЕНТА
ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОЙ ФОСФОЛИПИДНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ
НАНОСИСТЕМЫ (ФТН) (2007г)
3.
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ВКЛЮЧЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ
СОЕДИНЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ГРУПП В ФТН.
СКРИНИНГ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СУБСТАНЦИЙ (2008г)
4.
МАСШТАБИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПОЛУЧЕНИЯ ФТН И ВКЛЮЧЕНИЯ В НЕЕ РАЗДИЧНЫХ
ЛЕКАРСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ГУ НИИ БМХ РАМН (20082009гг)
5.
ДОКЛИНИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ
КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ФТН (2009-2010гг)
Различными методами (лазерно-корреляционный анализ и атомно-силовая
микроскопия) было доказано, что разработанная нами технология позволяет получать
фосфолипидные наночастицы предельно малого размера с очень узким распределением.
Система стабильна в течение 7 дней при хранении в воде и 3-4 года при хранении в сухом
лиофилизированном виде.
относительное содержание, %
22 нм
30
25
20
15
10
5
0
0
А
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
10
размер частиц, нм
Б
А – Атомно-силовая
микроскопия
Б – Лазернокорреляционный анализ
Нами в дальнейшем был проведен скрининг лекарственных субстанций и получен ряд
композиций на основе наночастиц для дальнейшего изучения.
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕКАРСТВЕННЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ФОСФОЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
РАЗМЕР
СУБСТАНЦИИ
СУБСТАНЦИИ В
НАИМЕНОВАНИЕ
В 10 МЛ
СОСТАВЕ
СУБСТАНЦИИ
ЧАСТИЦ, НМ
ЭМУЛЬСИИ (МГ) НАНОЧАСТИЦ (%)
1.ФОСФОЛИПИДНАЯ
ТРАНСПОРТНАЯ
СИСТЕМА
2. Диклофенак
3. Доксорубицин
4. Будесонид
5. Парацетамол
6. Ремантадин
7. Преднизолон
8. Преднизолон генно-инженерный
9. Хлорин Е6
10. Итраконазол
11. Метотрексат
12. Нифедипин
13. Курантил
14. Паклитаксел
19±2
-
-
12±2
17±2
22 ± 5
20 ± 2
18 ± 1
18.4 ± 2
20,0 ± 1
21+3
25 ± 3
21 ± 2
24 ± 3
22 ± 3
20 ± 3
21,4
23
22,5
25
22
21
15
24
3
24
23
22
2,3
94
96
100
43
0
95
90
90
95
33
91
85
99
Экспериментально было показано, что включение лекарственных субстанций в
фосфолипидные наночастицы существенно изменяет их биодоступность. Как видно из
рисунка, биодоступность арбидола была увеличена в 8 раз, а преднизолона – в 5 раз.
Изменение содержания преднизолона в
крови крыс после перорального
введения
Изменение содержания арбидола в
крови крыс после перорального
введения
Смакс.Арболип > Смакс. Арбидол в 6 раз
0-30 Арболип> А
0-30 Арбидол в 8 раз
Смакс. НФ-Преднизолон > Смакс. Преднизолон в 1,6 раза
AUC0-60 НФ-преднизолон > АUC0-60 Преднизолон в 5 раз
Исходя из того, что судьба лекарственных соединений в кровяном русле определяется
характером их взаимодействия с компонентами крови, что в свою очередь во многом
определяет дальнейшее поступление лекарства в клетки-мишени, при разработке новых
лекарственных средств особое внимание в последние годы обращают на их взаимодействие
с компонентами крови (липопротеинами, белками, клеточными элементами). Связывание с
белками и липопротеинами контролирует свободную, активную концентрацию лекарства,
оказывает непосредственное существенное влияние на его фармакокинетику. Поэтому мы
провели исследования распределение наших препаратов по компонентам крови.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ФРАКЦИЯМ КРОВИ ИНДОМЕТАЦИНА
(СВОБОДНОГО,
СВОБОДНОГО, В СОСТАВЕ ФОСФОЛИПИДНЫХ
НАНОЧАСТИЦ)
НАНОЧАСТИЦ) И ДОКСОРУБИЦИНА (СВОБОДНОГО - ДОХ,
ДОХ, В
СОСТАВЕ ФОСФОЛИПИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ - НФНФ-ДОХ)
ДОХ)
35
свободный индометацин
НФ-индометацин
кол-во доксорубицина, мкг
% ОТ ВВЕДЁННОЙ ДОЗЫ
30
25
20
15
10
5
ДОХ
НФ-ДОХ
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
ЛОНП
ЛНП
ЛВП
ЛНП ИНДОЛИП > ЛНП СВ.ИНДОМЕТАЦИН в 4 раза
ЛВП ИНДОЛИП > ЛВП СВ.ИНДОМЕТАЦИН в 1,2 раза
ЛОНП
ЛНП
ЛВП
ЛНП Доксолип > ЛНП Доксорубицин в 5 раз
ЛВП Доксолип > ЛВП Доксорубицин в 1,2 раза
Такое
перераспределение
очень
важно
для
противоопухолевых
и
противовоспалительных препаратов, так как позволяет для их транспорта в организме
использовать естественные пути, например, липопротеины низкой плотности. Рецепторами к
липопротеинам низкой плотности в 1000 раз больше обогащены опухолевые и воспаленные
ткани.
Средние объемы опухоли относительно
контроля, %
120
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ДОКСОРУБИЦИНА И
ДОКСОРУБИЦИНА В СОСТАВЕ ФОСФОЛИПИДНЫХ
НАНОЧАСТИЦ НА РОСТ ОПУХОЛИ У МЫШЕЙ
Контроль (n=13)
Доксорубицин (n=10)
НФЛ-доксорубицин (n=10)
100
80
60
40
20
0
10
18
22
СУТКИ
На рисунке приведены данные по лечению привитой опухоли у мышей с помощью
доксорубицина, встроенного в фосфолипидные наночастицы. Как можно увидеть,
доксорубицин, встроенный в фосфолипидные наночастицы, в первые 10 дней лечения на
75% ингибирует рост опухоли, в то время, как свободный доксорубицин – только на 15%.
Изменение фармакокинетики лекарств, при включение их в фосфолипидные
наночастицы, приводит к тому, что для достижения терапевтического эффекта можно в 2
раза снизить дозу препарата.
ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДОКСОРУБИЦИНА
СВОБОДНОГО И В НАНОЧАСТИЦАХ
У МЫШЕЙ С КАРЦИНОМОЙ ЛЕГКИХ ЛЬЮИС
Доза 4 мг/кг
Доза 8 мг/кг
Опухоль LLC привита под кожу на бок мышам BDF1 (самки). Лечение начинали
через 48 часов после инокуляции опухолевого материала. Лекарственные средства
вводили однократно внутривенно.
Увеличение продолжительности
жизни при лечении Арболипом в
дозе 15 мг кг в 1,3 раза, чем при
лечении арбидолом
Показатель защиты от
смертности на 15-е сутки при
лечении Арболипом в дозе 40
мг кг ~ 2 раза выше, чем при
лечении арбидолом
Это только некоторые данные, которые наглядно иллюстрируют эффективность
разработанных лекарственных композиций.
Таким образом, интенсивное развитие систем доставки лекарств на основе
нанотехнологий должно привести не только к продлению времени жизни известных
лекарственных средств на фармацевтическом рынке, но и появлению препаратов с
улучшенными
фармакологическими
и фармакокинетическими
свойствами,
что
существенным образом позволяет расширить границы их использования. Разработка таких
инновационных лекарственных форм не требует больших капиталовложений, а достигаемые
эффекты весьма значительны для здравоохранения и экономики.
ВЫВОДЫ
РАЗРАБОТАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЗВОЛЯЕТ
ПОЛУЧАТЬ В ПРОМЫШЛЕННЫХ
МАСШТАБАХ ЛЕКАРСТВА, СНАБЖЕННЫЕ
ФОСФОЛИПИДНОЙ СИСТЕМОЙ
ТРАНСПОРТА, В ВИДЕ НАНОЧАСТИЦ
РАЗМЕРОМ ДО 30 nm, ОТЛИЧАЮЩИХСЯ
ВЫСОКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ,
БИОДОСТУПНОСТЬЮ
ОТСУТСТВИЕМ/СНИЖЕНИЕМ ПОБОЧНОГО
ДЕЙСТВИЯ
В заключении необходимо отметить, что разработанная технология может найти
успешное применение при разработке лекарств не только для перорального и инъекционного
введения, но и трансдермальных, офтальмологических, интраназальных, аэрозольных и т.д.
Сложно переоценить возможности технологии для пищевого производства (различных
присадок и добавок, позволяющих экономить ингредиенты, такие как масло, дрожжи,
ароматизаторы, красители и др.). В сельском хозяйстве разработанная технология позволит
эффективно использовать пестициды и фунгициды, а также позволит обрабатывать
эмульсией семена для их качественного хранения и быстрого прорастания, но каждое
отмеченное направление требует дальнейших исследований.