Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Farmacja onkologiczna i nanotechnologia : nowoczesne metody aplikacji leków
Farmacja onkologiczna i nanotechnologia : nowoczesne metody aplikacji leków
Dostarczanie cytostatyku do komórki nowotworowej jest kluczowym zadaniem dla farmacji onkologicznej. Kontrolowanie tego procesu zwiększa biodostępność przez zapobieganie przedwczesnemu wychwytowi i degradacji – terapeutyczne stężenie leku zostaje utrzymane dłużej. Pojawia się coraz więcej przykładów, że skutecznym rozwiązaniem w dostarczaniu leku do ściśle określonej komórki mogą być nanocząsteczki (NP., nanoparticles). Zjawiska, które naukowcy badają w celu wykorzystania w chemioterapii to pH-foreza oraz tworzenie plazmonicznych nanopęcherzyków – powstających w wyniku działania laserem na nanocząsteczki.

Farmacja onkologiczna jest szczególną dziedziną, wymagającą specjalnego przeszkolenia i doświadczenia. Każdy pracownik mający styczność z lekami stosowanymi w chemioterapii powinien znać standardy jakościowe wykonywanych prac tak, by pacjent onkologiczny otrzymywał maksymalną ochronę i bezpieczeństwo a także pomoc w rozwiązywaniu bieżących problemów. Problemami, z którymi obecnie boryka się chemioterapia są dostarczanie leków do komórki nowotworowej, pojawianie się oporności, nieswoista i wysoka toksyczność towarzysząca wielu terapiom, a także heterogeniczność nowotworów. Obecnie istnieją opracowane przez badaczy koncepcje zwiększania skuteczności dostarczania leków do komórek. Dzieje się to za pomocą popularnych ostatnio, nie tylko wśród biotechnologów ale i farmaceutów, nanocząsteczek. Właśnie za pomocą tych niewielkich cząstek lek jest dostarczany do komórek nowotworowych, gdzie następuje jego uwolnienie – np. pod wpływem wyższej kwasowości.  Niestety, także mechanizmy oparte na użyciu nanocząsteczek nie są pozbawione wad – bywa, że ich selektywność jest ograniczona poprzez nieswoiste sprzęganie nanocząsteczek ze zdrowymi komórkami, a w konsekwencji wywołanie niespecyficznej toksyczności.  Metodą na zmniejszenie toksyczności leków jest kapsułkowanie. Wyzwanie stanowi opracowanie skutecznych mechanizmów  uwalniania z kapsułek, by nie stanowiło to bariery podania leku.

Koncepcja pH-forezy w dostarczaniu leku do komórki

Jednym ze zjawisk poprawiającym dostarczanie leku do komórki nowotworowej jest pH-foreza. Wykazano, że guzy lite mają znacznie niższe zewnątrzkomórkowe pH – ok 6.5 – 6.9, w porównaniu do normalnej tkanki ( która ma pH 7.4). Fakt zróżnicowania wartości pH w organizmie, a także gromadzenie się nanocząsteczek złożonych ze słabych zasad w niższym pH postanowili wykorzystać naukowcy. Zjawisko to zwane pH-forezą, może być użytecznym mechanizmem poprawy dostarczania leków do komórek nowotworowych w tkankach guzów litych. Koncepcja opiera się na zastosowaniu nanocząstek stworzonych ze słabych zasad – np. poliamin. Zasady zawierają grupy aminowe – micela pęcznieje przy wyższej kwasowości (tkanki guza) – dzieje się tak, ponieważ atomy azotu w grupie aminowej zostają „uprotonowane”. Aminy odpychają się nawzajem, stąd nanocząsteczki rozprzestrzeniają się w miejscu, gdzie jest wyższe pH. Ładunek dodatni utworzony na micelach umożliwia gromadzenie nanocząstek wewnątrz guza i osiągnięcie celu, jakim jest uwalnianie leków przeciwnowotworowych.

Naukowcy wykorzystali zaawansowane metody modelowania by wykazać, w jaki sposób cząstki będą gromadzić się w regionach o wyższej kwasowości i pozostawać tam wystarczająco długo – tak by można było dostarczyć leki przeciwnowotworowe. Micele pokryte są warstwą ochronną zabezpieczającą je przed rozpadem zanim dotrą do miejsca docelowego. Dopiero po dotarciu do  tkanki nowotworowej mogą się rozprzestrzeniać, po czym następuje ich biodegradacja.

Nanopęcherzyki i chemioterapia – kierowanie leku na pojedynczą komórkę nowotworową

Obecnie poszukuje się metod, które są ukierunkowane na dostarczanie leku do pojedynczej komórki, bez oddziaływania na zdrowe, prawidłowo działające. Celem jest minimalizacja działań niepożądanych i zwiększenie skuteczności leczenia. Wybiórcza terapia jest głównym problemem i najtrudniejszym zadaniem – także nanocząstki mogą bowiem działać na zdrowe komórki.

Użycie nanocząsteczek zbierających energię świetlną do konwersji energii lasera i uzyskanie plazmonicznych nanopęcherzyków  być może pozwoli uzyskać nowe, skuteczne metody aplikacji leków. Plazmony są to quasi-cząstki powstające w wyniku skwantowania oscylacji plazmy (kwantyzacja energii oznacza określenie poziomów energetycznych). Aby utworzyć nanopęcherzyki, naukowcy zaczynają od nanoklastrów złota wewnątrz komórek nowotworowych – udaje się to dzięki znakowaniu przeciwciałem wiążącym się z komórką nowotworową. Istnieje problem specyficzności wiązania przeciwciała, lecz jedynie niewielka część nanocząstek złota obejmuje zdrowe komórki, znacznie więcej zajmuje komórki nowotworowe.

Fizycznie nanopęcherzyki są to „krótko trwające zdarzenia”. Składają się z powietrza i pary wodnej, które tworzą się wraz z działaniem światła lasera na cząsteczkę. Pęcherzyki otwierają się tuż poniżej powierzchni docelowej komórki – poszerzają się i wybuchają, uwalniając lek. Ta sama technika może być zastosowana do terapii genowej.

W testach na lekoopornych komórkach nowotworowych naukowcy odkryli, że w porównaniu do standardowych metod podania leki zaaplikowane w formie nanopęcherzyków były 30 razy bardziej zabójcze dla komórek nowotworowych. Co istotne, badana metoda pozwalała zmniejszyć dawkę kliniczną 10krotnie, a to wiąże się ze zmniejszeniem działań niepożądanych.

Obydwie metody, choć obiecujące, wymagają dodatkowych badań. Pewne jest, że pH-foreza  jak i nanopęcherzyki są krokiem w rozwoju dla nanomedycyny, oraz dla dostarczania leku. Dr Malcolm Brenner – profesor medycyny i pediatrii w Baylor College of Medicine (BCM) i dyrektor Centrum Terapii Genowej i Komórkowej (działającego w BCM) uważa metodę za posiadającą duży potencjał, by zrewolucjonizować sposób podawania leków a także metody terapii genowej. Pokonywanie oporności na leki jest jednym z największych wyzwań w leczeniu nowotworów. Kierowanie plazmonicznych nanopęcherzyków do komórek nowotworowych ma szansę zwiększyć skuteczność aplikacji leków, a także poprawić ich efektywność w miejscu docelowym.

Źródła

E. Y. Lukianova-Hleb, A. Belyanin, S. Kashinath, X. Wu, D. O. Lapotko. „Plasmonic nanobubble-enhanced endosomal escape processes for selective and guided intracellular delivery of chemotherapy to drug-resistant cancer cells”; Biomaterials, Vol. 33, Is. 6, 2012, p. 1821–1826

Y. Y. Won, H. Lee. “'pH phoresis': A new concept that can be used for improving drug delivery to tumor cells” Journal of Controlled Release, 2013

Aptekaszpitalna.pl

KOMENTARZE
Newsletter