Адресная доставка лекарств: технологии и перспективы. Документ Microsoft Word. Адресная доставка лекарств технологии и перспективы
 Скачать 24.18 Kb.
|
|
РЕФЕРАТ На тему: «Адресная доставка лекарств: технологии и перспективы» Адресная доставка лекарств - это совокупность методов, обеспечивающих доставку активных веществ препарата к нужным (больным) тканям и органам. Чтобы, например, антидепрессанты попали в мозг, противовоспалительные средства – в места воспалений, антираковые препараты – в опухоль и т. д. Главная цель этой технологии - нанести меньший вред здоровым тканям. В классической фармакологии и фармации существует термин «лекарственная форма», фактически описывающий способ введения лекарства в организм, например, в виде таблеток, раствора для внутривенных инъекций, глазных капель, мазей и др. Развитие биомедицинской науки и биотехнологий привело к созданию новых средств упаковки и доставки лекарственных веществ, например, липосом, наносом (наноразмерных липосом) и других нанокапсул, а также многофункциональных, в том числе магнитных наночастиц (см. магнитные терапевтические наночастицы). Существенное отличие новых типов лекарственных форм от стандартных состоит в возможности реализации на их основе технологий адресной доставки лекарств к определенным тканям, клеткам и даже внутриклеточным органеллам. Суть адресной доставки состоит в том, что само лекарственное вещество, а чаще средство его доставки (вектор, контейнер) модифицируются молекулами, узнающими рецепторы на клетках-мишенях. Классическим примером являются молекулы фолиевой кислоты, которые активно захватываются клетками опухолей. Универсальными молекулами, узнающими поверхность клетки-мишени, могут быть антитела. Необходимо лишь знать, против каких поверхностных антигенов клетки их нужно конструировать. Благодаря широкому развитию фундаментальных биомедицинских исследований, антигенные портреты клеток становятся всё более подробными, что позволяет находить отличия одних клеток от других на основании характеристик их поверхности. Присутствие распознающих молекул на поверхности вектора позволяет ему сконцентрироваться в заданной области (опухоли, очаге воспаления, около зоны ишемии и т. д.) и доставить туда лекарственное вещество. В отличие от обычного введения лекарственного вещества и его распространения по всему организму, направленная доставка позволяет снизить дозу вводимого лекарства и минимизировать его воздействие на другие клетки (побочное действие). При агрессивной терапии опухолей аспект адресной доставки высокотоксичных онкологических препаратов приобретает особое значение. Дополнительно появляется возможность управлять высвобождением лекарства из контейнера. Так, при использовании в качестве контейнеров наночастиц с металлическим ядром и полимерной оболочкой, в которой содержатся лекарственные соединения, можно вызвать их высвобождение при ограниченном нагревании наночастиц. Это достигается наложением переменного магнитного поля или облучением светом лазера в ближнем инфракрасном диапазоне, который слабо поглощается биологическими тканями, но хорошо поглощается металлическими наночастицами. Прикрепившийся к клетке-мишени вектор с лекарством может быть захвачен клеткой путём эндоцитоза или путём слияния мембраны вектора (липосомы) с мембраной клетки. В любом случае лекарство доставляется внутрь клетки и, в принципе, с помощью специальных приёмов может быть направлено в ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум и другие органеллы. Концепция внутриклеточной доставки лекарств находится в стадии активной разработки. Для её практической реализации важное значение имеют знания о сигнальных последовательностях белков, с помощью которых белки направляются в различные клеточные структуры. Не менее важны знания о моторных белках клетки, которые направленно перемещают грузы на большие расстояния внутри клеток и могут быть использованы для доставки лекарственных веществ, генов и терапевтических наночастиц. Швейцарскими учеными из Цюрихского Технического института были разработаны и в дальнейшем усовершенствованы так называемые «нановинты», изготавливаемые на основе светочувствительной эпоксидной смолы с добавлением магнетита, предназначенные для введения их в кровеносное русло с целью доставки лекарственных веществ. Внешнее вращающееся магнитное поле позволяет делать их движение по сосудам целенаправленным и более точным. И если ранее изобретенные спиралевидные модификации этих винтов были все же достаточно крупны и обладали помимо поступательного движения еще и колебательным, то вновь созданные микроспирали имеют длину не более 60 мкм и диаметр не более 9 мкм и лишены этого недостатка. Это позволяет им продвигаться по кровеносному руслу в четыре раза быстрее, выстраиваясь буквально в тончайшие параллельные линии, проникать в более мелкие периферические сосуды, доставляя по ним лекарственные препараты, которые в строгой дозировке в результате двухфотонной полимеризации наносятся на поверхность нановинтов. Вращающееся магнитное поле, направленное перпендикулярно их длиннику, позволяет более точно руководить их движением, а их спиралевидная поверхность способствует увеличению скорость передвижения в кровеносном русле. Спектр же наносимых лекарственных веществ может же быть достаточно разнообразным, главное – чтобы они не влияли на вязкость крови и свойства магнетита. Ученые разработали способ доставки лекарств в мозг с точностью до миллиметра. Химиотерапия редко используется для лечения опухолей головного мозга, т.к. нужна очень большая доза препарата, чтобы преодолеть гематоэнцефалический барьер, а такая доза может убить организм раньше опухоли. Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха придумали способ доставки лекарственных средств именно в мозг, причем в точностью до миллиметра. Препарат упаковывается в специальные носители на основе липидных везикул, которые крепятся к чувствительным к ультразвуку газосодержащим пузырькам. Их вводят в кровоток, а затем, достигая мозга, с помощью ультразвука начинают высвобождать. Технология уже показала эффективность в экспериментах на животных моделях. В этих экспериментах ученые применили дозировку в 1300 раз меньше обычной. Опухоли легкого часто трудно удалить хирургически. Также они создают естественные барьеры, которые мешают лекарства и иммунным клеткам попасть в опухолевые клетки. В результате пациенты часто получают высокие дозы химиотерапии, которые вызывают серьезные побочные эффекты. Исследователи Дарси Вагнер, Силке Мейнерс из Лундского университета (Швеция) разработали наночастицы для доставки химиотерапевтических препаратов, которые вводятся в кровеносную систему, но открываются» и высвобождают препарат только при специфическом сигнале, который присутствует в области опухоли легкого. Технология получила название ORVD (organ‐restricted vascular delivery). Это снижает риск того, что лекарства, содержащиеся в наночастицах, вызовут повреждение в здоровых органах и даже в здоровых тканях легких. Используемые сейчас наночастицы для доставки лекарств могут двигаться только вместе с током крови, поэтому легко могут проплывать мимо цели. Команда ученых из Института Макса Планка разработала микроботов, которые могут передвигаться к нужному месту в организме против тока крови (под действием внешнего магнитного поля). Ученые вдохновились тем, как передвигаются лейкоциты по сосудам - они не плывут, а катятся по стенкам, прикрепляясь к ним. У микроботов есть емкость, которую можно заполнить препаратом, а их поверхность можно покрывать антителами, которые будут цепляться за целевые клетки (например, за клетки раковой опухоли). Таким образом, введя в вену подобных микроботов и создав внешнее магнитное поле, нацеленное на опухоль, можно аккуратно собрать всех микроботов на опухоли, а затем открыть их, например, ультразвуком. Перепрограммирование иммунных клеток с помощью РНК-вакцин - это очень перспективное направление в лечении рака. Но главной проблемой этого метода является сложность доставки РНК-молекулы в нужные клетки внутри организма. Профессор Дэниэл Андерсон из MIT придумал как создать наночастицы для доставки РНК. Он синтезировал тысячи наночастиц из липидов (жирных кислот) и выбрал наиболее те, которые имеют желаемые химические свойства, в частности, циклическую структуру на кончике наночастиц, которая, по-видимому, активирует стимулятор пути передачи сигналов генов интерферона (STING). Когда он активен, STING заставляет иммунные клетки вырабатывать цитокины, которые заставляют Т-клетки разрушать раковые клетки. Дэниэл протестировал свою систему доставки на мышах с меланомой, и ему удалось остановить рост опухоли. В последнее время ученые неплохо продвинулись в разработке различных микро- и нано-частиц, которые могут доставлять препараты в нужное место организма. Однако, по сравнению с живыми бактериями, эти частицы двигаются как медузы - только по течению. Группа исследователей из Университета Пенсильвании придумала технологию 3D печати микрочастиц, которые могут двигаться и против течения. Они представляют собой хитрые диски из платины и никеля. Под воздействием внешнего магнитного поля (действующего на никелевые части), платиновые части могут вступать в реакцию с перекисью водорода и создавать пузырьковый двигатель, толкающий частицу в определенном направлении. И, по крайней мере, в лаборатоной чашке Петри у ученых уже получается уверенно управлять такими частицами. Лечение опухолей в кишечнике - как правило, требует хирургического вмешательства, т.к. препараты либо нейтрализуются в желудке, либо разрушают всю слизистую оболочку кишечника. Ученые Калифорнийского Института Технологий придумали способ адресной доставки препаратов в нужную точку кишечника. Для этого используется капсула с микророботами. У капсула оболочка из полимера, который не растворяется в желудке. Зато он растворяется под воздействием луча фотоаккустического компьютерного томографа, который можно направить прямо на опухоль. Когда капсула растворяется, кишечный сок вступает в контакт с микророботами, в которых содержится препарат и магниевые двигатели. Реакция магния с кишечным соком создает пузырьковую тягу, и микроробот быстро врезается в стенку кишечника в районе опухоли. Таким образом, здоровые участки кишечника - не страдают. Диабет, гипертония и другие состояния вызывают хроническое заболевание почек, при котором поврежденные почки не могут эффективно выводить отходы и избыток жидкости из организма. А лечить хроническую болезнь почек пока не научились. На терминальной стадии болезни применяется диализ и пересадка почки. Есть надежда на генотерапию, которая могла бы починить ДНК клеток почек, но до сих пор не было способа доставить вирус с генетическим материалом точно в почки. Специалисть Школы медицины Университета Вашингтона в Сент-Луисе такой способ изобрели и успешно испытали его на мышах. Синтетический вирус Anc80, созданный ими, оказался успешным в достижении двух типов клеток, которые участвуют в развитии хронического заболевания почек: эти клетки секретируют белки, которые наносят необратимый ущерб органу. Правда, пока еще ученые не знают, какой именно ген нужно исправлять в поврежденных клетках почек. Адресная доставка препаратов прямо в опухоль - это вопрос на миллион (жизней в год). Сотрудники Монреальской политехнической школы, Университетов Макгилла и Монреаля решили использовать для этих целей штамм МС-1 бактерии Magnetococcus marinus. Ее клетки содержат органеллы, чувствительные к магнитному полю. Кроме того, эти микроорганизмы чувствительны к концентрации кислорода в окружающей среде. В естественных условиях они передвигаются вдоль линий магнитного поля Земли, пока не находят зону с пониженным содержанием кислорода. А раковая опухоль как раз создает вокруг себя зону с пониженным содержанием кислорода. Таким образом, нагрузив эти бактерии нужным препаратом и направив магнитное поле в область опухоли можно решить исходную задачу. Ученые уже провели успешный эксперимент на мышах. Технологии адресной доставки лекарств обещают нам уничтожение чужеродных бактерий или больных клеток без вреда для окружающих здоровых тканей. Правда, пока врачи и ученые сумели более-менее продвинуться только в решении задачи нейтрализации лекарства до встречи с целью (т.е. пока лекарство не достигнет, например, раковую клетку - оно не активируется). Но как доставить лекарство к цели (например, к раковой опухоли) так чтоб оно не циркулировало просто так по всему организму? Нам обещают самоуправляемых нанороботов, но, кажется, это пока еще вилами по воде писано. Американская компания Weinberg Medical Physics разрабатывает более простую, но зато более реальную технологию - Iron Focus. Она предполагает привязку лекарств к магнитным наночастицам и сбор их в целевой точке с помощью системы магнитов. Говорят, что с помощью этого метода можно доставлять лекарства абсолютно в любую точку организма и с точностью до нескольких клеток. Из-за высоких доз химиотерапевтических препаратов, необходимых для ее лечения, нейробластома (агрессивная раковая опухоль, как правило, развивающаяся у детей) – часто оставляет выживших пациентов с затяжными проблемами со здоровьем. Поэтому все, что может потенциально снизить эти дозы, считается очень важным. Ученые Австралийского центра наномедицины в Сиднее разработали наночастицу, до пяти раз повышающую эффективность химиотерапии при нейробластоме. Наночастицы используются для обработки химиотерапевтического препарата перед его введением. Они позволяют доставлять и высвобождать оксид азота (NO) строго в клетки нейробластомы, значительно снижая вредные побочные эффекты для здоровых клеток и окружающей ткани. Сочетание химиотерапии с нано-NO-доставкой в несколько раз повышает противоопухолевую активность химиотерапевтических средств. Адресная доставка лекарств к раковым опухолям и различным патогенам является одной из самых перспективных технологий в медицине 2.0. Суть ее в том, что токсичные вещества лекарства попадают только в пораженные ткани, не вызывая побочных эффектов (повреждения здоровых тканей и органов). Но к сожалению, пока эта технология находится лишь на уровне научных изысканий и доклинических испытаний. Как всегда, на этой стадии важнейшую роль играют стартапы, которые стремятся коммерциализировать технологию и как можно быстрее запустить ее в производство. Одним из ведущих стартапов в сфере адресной доставки лекарств является американская компания Keystone Nano. Их технология называется NanoJackets (Наножакеты) - нетоксичные оболочки для токсичных веществ, которые раскрываются только при взаимодействии с раковыми клетками (первоочередной целью стартапа является рак печени) Таким образом, применение нанотехнологии в биологии и медицине представляет собой пример исключительно плодотворного синтеза физических, химических и биомедицинских научных знаний, в конечном итоге способствующего повышению качества оказания медицинской помощи и улучшению состояния здоровья населения. Литература Основные механизмы всасывания лекарственных средств. Биодоступность лекарств / Л.К. Овчинникова Принципы создания и функционирования систем доставки лекарственных средств: учебное пособие / И.А. Хлусов Клиническая фармакокинетика. Практика дозирования лекарственных средств / Ю.Б. Белоусов Полимеры для систем доставки лекарственных веществ пролонгированного действия (обзор). Перспективные синтетические и природные полимеры / С.А. Кедик |