Nanotechnologia umożliwia zaprojektowanie materiału na poziomie molekularnym tak, aby wykazywał pożądane cechy i właściwości. Nanocząstki, dzięki małym rozmiarom i dużemu stężeniu w danej objętości, zapewniają większą powierzchnię właściwą dostępną dla substancji czynnej, czyli zwiększenie jego ilości w jednej dawce. Umożliwiają również kontrolowane uwalnianie leku, a więc stopniowe jego dostarczanie do organizmu, dzięki czemu możliwe jest przyjmowanie leków z mniejszą częstotliwością.

Nanocząstki wykonane z chitozanu są biokompatybilne, nietoksyczne i stabilne. Chitozan to mukopolisacharyd pozyskiwany na drodze deacetylacji chityny. W jego cząsteczce zawarta jest grupa aminowa oraz liczne grupy hydroksylowe. To właśnie dzięki grupie aminowej chitozan wykazuje działanie antybakteryjne i ma odpowiednią śluzowatość, która zapewnia dobre połączenie z przenoszoną substancją czynną. Duża liczba grup funkcyjnych umożliwia łatwe modyfikowanie chitozanu oraz zapewnia dużą rozpuszczalność w środowisku kwaśnym. Dobrą rozpuszczalność w środowisku obojętnym lub zasadowym można osiągnąć dzięki modyfikacji jego cząsteczki innymi grupami funkcyjnym. W zależności od leku, którego nośnikiem ma być chitozan, nanocząstki muszą być przygotowane w odpowiedni sposób, aby zapewnić dobre powiązanie substancji czynnej. Do najczęściej używanych metod wytwarzania nanocząstek chitozanu należą: sieciowanie jonowe i kowalencyjne, precypitacja oraz koalescencja z emulsji.

Zastosowanie w podawaniu leków

Istnieją trzy główne mechanizmy, przez które substancja czynna jest uwalniana z nanocząstek chitozanu. Pierwszym z nich jest degradacja polimeru w obecności odpowiednich enzymów lub innych substancji w otoczeniu nanocząstek. W wyniku oddziaływań substancji z otoczenia rozpuszczane są wiązania polimerowe, dzięki czemu polimer ulega otwarciu i wypuszcza substancję czynną. Drugim mechanizmem jest dyfuzja, czyli wolne przemieszczanie się leku przez polimer na skutek różnicy stężeń w nanocząstce polimeru i jej otoczeniu. Jest to mechanizm wolniejszy od degradacji pod wpływem substancji chemicznej. Ostatni mechanizm polega na pęcznieniu polimeru pod wpływem obecności wody i rozpuszczeniu się, podczas gdy wiązania polimerowe ulegają zniszczeniu i uwalniana jest substancja czynna. 

Nanocząstki chitozanu z lekiem można podawać wieloma metodami. Oprócz tradycyjnego dostarczania leków doustnie możliwe jest również podanie ich w postaci kropel do oczu i nosa, poprzez błonę śluzową, dopochwowo lub jako szczepionki. Biokompatybilność, śluzowatość i nietoksyczność sprawiają, że chitozan jest odpowiednim nośnikiem w systemach podawania leków do oczu. Śluzowatość zapewnia zwiększony czas działania leków na powierzchni oka, podobnie jak zdolność chitozanu do tworzenia żelu. Umożliwia to zwiększenie skuteczności terapeutycznej leku. Badania wskazują, że leki podawane w ten sposób nie powodują podrażnień oka i mają zwiększoną biodostępność.

Mały rozmiar cząstek, duża powierzchnia i możliwość modyfikowania nanocząstek chitozanu sprawiają, że są doskonałym nośnikiem dla leków podawanych doustnie. Możliwe jest zmodyfikowanie ich w taki sposób, aby zbyt wcześnie nie uległy degradacji w przewodzie pokarmowym. Z tego powodu nanocząstki chitozanu są wykorzystywane w doustnym dostarczaniu polinukleotydów i białek. Chitozan dodatkowo wspomaga wchłanianie, a interakcja między nim a mucyną prowadzi do wydłużenia czasu kontaktu leku z odpowiednią powierzchnią chłonną. Za sprawą chitozanu otwierają się szczelne połączenia międzykomórkowe błony śluzowej, dzięki czemu możliwe jest również podawanie makrocząsteczkowych leków bezpośrednio do komórek. Na podobnej zasadzie opiera się dopochwowe dostarczanie leków na chitozanowym nośniku. Metoda ta ma dodatkową zaletę w postaci ominięcia układu pokarmowego, dzięki czemu unika się wstępnego trawienia oraz narażenia na kwasowe warunki w nim panujące. Leki podawane dopochwowo na nanocząstkach chitozanu wykazują dużą efektywność w zwalczaniu infekcji intymnych. W przypadku podawania leków donosowo chitozan zwiększa przepuszczalność leków hydrofilowych, kwasów nukleinowych oraz białek przez nabłonek nosa. W ten sposób dostarczane leki mogą dotrzeć do mózgu, układu oddechowego lub krwionośnego. Opracowana została metoda pozwalająca na podawanie leku na epilepsję bezpośrednio do mózgu przez nos i barierę krew-mózg. Dzięki temu znacznie zwiększyła się wydajność i działanie terapeutyczne leku.