Наноносители — Nanocarriers
Nanocarrier это наноматериал используются в качестве транспортного модуля для другого вещества, таких как лекарственное средство. Обычно используемые наноносители включают мицеллы , полимеры , материалы на основе углерода, липосомы и другие вещества. Наноносители в настоящее время изучаются на предмет их использования в доставке лекарств, и их уникальные характеристики демонстрируют потенциальное использование в химиотерапии .
Содержание
Характеристика
Размер наноносителей варьируется от 1 до 1000 нм, однако из-за того, что ширина микрокапилляров составляет 200 нм, наномедицина часто относится к устройствам с размером Типы
Обнаруженные к настоящему времени наноносители включают полимерные конъюгаты, полимерные наночастицы, носители на основе липидов, дендримеры , углеродные нанотрубки и наночастицы золота. Носители на основе липидов включают как липосомы, так и мицеллы. Примерами наночастиц золота являются золотые нанооболочки и наноклетки . Различные типы наноматериалов, используемых в наноносителях, позволяют доставлять гидрофобные и гидрофильные лекарства по всему телу. Поскольку человеческое тело содержит в основном воду, способность эффективно доставлять гидрофобные лекарственные средства человеку является основным терапевтическим преимуществом наноносителей. Мицеллы могут содержать гидрофильные или гидрофобные лекарственные средства в зависимости от ориентации молекул фосфолипидов . Некоторые наноносители содержат массивы нанотрубок, что позволяет им содержать как гидрофобные, так и гидрофильные лекарства.
Одна потенциальная проблема с наноносителями — это нежелательная токсичность, связанная с типом используемого наноматериала. Неорганический наноматериал также может быть токсичным для человеческого организма, если он накапливается в определенных органеллах клетки. Ведутся новые исследования по созданию более эффективных и безопасных наноносителей. Наноносители на основе белков перспективны для использования в терапевтических целях, поскольку они встречаются в природе и обычно демонстрируют меньшую цитотоксичность, чем синтетические молекулы.
Адресная доставка лекарств
Наноносители полезны в процессе доставки лекарств, потому что они могут доставлять лекарства к специфичным для сайта мишеням, позволяя лекарствам доставляться в одни органы или клетки, но не в другие. Местная специфичность — главное терапевтическое преимущество, поскольку предотвращает доставку лекарств в неправильные места. Наноносители перспективны для использования в химиотерапии, потому что они могут помочь снизить неблагоприятную, широкомасштабную токсичность химиотерапии для здоровых, быстрорастущих клеток всего тела. Поскольку химиотерапевтические препараты могут быть чрезвычайно токсичными для клеток человека, важно, чтобы они доставлялись в опухоль, не попадая в другие части тела. Четыре метода, с помощью которых наноносители могут доставлять лекарства, включают пассивное нацеливание , активное нацеливание , pH-специфичность и температурную специфичность .
Пассивное нацеливание
Пассивное нацеливание относится к способности наноносителя перемещаться по сосудистой системе опухоли, попадать в ловушку и накапливаться в опухоли. Это накопление вызвано повышенной проницаемостью и эффектом удерживания, который относится к покрытию из поли (этиленоксида) (ПЭО) на внешней стороне многих наноносителей. PEO позволяет наноносителям проходить через протекающую сосудистую сеть опухоли, откуда они не могут выйти. Негерметичная сосудистая сеть опухоли — это сеть кровеносных сосудов, образующихся в опухоли, которые содержат множество мелких пор. Эти поры позволяют наноносителям проникать внутрь, но также содержат много изгибов, которые позволяют наноносителям захватываться. По мере захвата большего количества наноносителей лекарство накапливается в месте опухоли. Это накопление приводит к тому, что большие дозы препарата доставляются непосредственно к месту опухоли. PEO может также иметь некоторые неблагоприятные эффекты на взаимодействия между клеткой и наноносителем, ослабляя действие лекарства, поскольку многие наноносители должны быть включены в клетки, прежде чем лекарства могут высвободиться.
Активный таргетинг
Активное нацеливание включает включение модулей нацеливания, таких как лиганды или антитела, на поверхность наноносителей, специфичных для определенных типов клеток вокруг тела. Наноносители имеют такое высокое отношение площади поверхности к объему, что позволяет включать в их поверхности несколько лигандов. Эти нацеливающие модули позволяют встраивать наноносители непосредственно внутрь клеток, но также имеют некоторые недостатки. Лиганды могут привести к тому, что наноносители станут немного более токсичными из-за неспецифического связывания, а положительные заряды на лигандах могут снизить эффективность доставки лекарств, оказавшихся внутри клеток. Было показано, что активное нацеливание помогает преодолеть множественную лекарственную устойчивость опухолевых клеток.
pH-специфичность
Некоторые наноносители будут высвобождать содержащиеся в них лекарства только в определенных диапазонах pH . pH-специфичность также позволяет наноносителям доставлять лекарства непосредственно к месту опухоли. Опухоли обычно более кислые, чем нормальные клетки человека, с pH около 6,8. Нормальная ткань имеет pH около 7,4. Поэтому наноносители, которые высвобождают лекарства только в определенных диапазонах pH, могут использоваться для высвобождения лекарства только в кислой среде опухоли. Кислая среда вызывает высвобождение лекарства из-за того, что кислая среда разрушает структуру наноносителя. Эти наноносители не будут выделять лекарства в нейтральной или щелочной среде, эффективно воздействуя на кислую среду опухолей, оставляя нетронутыми нормальные клетки организма. Эта чувствительность к pH также может быть вызвана в мицеллярных системах путем добавления цепей сополимера к мицеллам, которые, как было установлено, действуют независимо от pH. Эти мицелло-полимерные комплексы также помогают предотвратить развитие множественной лекарственной устойчивости раковых клеток. Окружающая среда с низким pH вызывает быстрое высвобождение мицеллярных полимеров, в результате чего большая часть лекарства высвобождается сразу, а не постепенно, как при других лекарствах. Этот механизм быстрого высвобождения значительно сокращает время, необходимое противоопухолевым препаратам для уничтожения опухоли, эффективно не позволяя опухоли претерпеть мутации, которые сделали бы ее устойчивой к лекарствам.
Температурная специфичность
Было также показано, что некоторые наноносители более эффективно доставляют лекарства при определенных температурах. Поскольку температура опухоли, как правило, выше, чем температура во всем остальном теле, около 40 ° C, этот температурный градиент помогает действовать в качестве защиты для доставки в определенное место опухоли.
Использует
Большинство исследований наноносителей применяется к их потенциальному использованию для доставки лекарств, особенно в химиотерапии. Поскольку наноносители могут использоваться для целенаправленного воздействия на мелкие поры, более низкие значения pH и более высокие температуры опухолей, они обладают потенциалом для снижения токсичности многих химиотерапевтических препаратов. Кроме того, поскольку почти 75% противоопухолевых лекарств являются гидрофобными и поэтому демонстрируют трудности с доставкой внутрь клеток человека, использование мицелл для стабилизации и эффективного маскирования гидрофобной природы гидрофобных лекарств открывает новые возможности для гидрофобных противораковых лекарств.
Источник
Наноносители лекарственных средств это
Без малейшего преувеличения, начало XXI века проходит под знаком нанотехнологий. Нанотехнологии представляют совокупность приемов и методов, применяемых при изучении, производстве и использовании наноструктур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих их наномасштабных элементов (1-100 нм), для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами. Приставка нано, пришедшая из греческого языка (nanos — гном), означает одну миллиардную долю (1нм=10-9м). Новые соединения и вещества, полученные с помощью нанотехнологий, имеют особую привлекательность для фармакологии, основной задачей которой является поиск новых эффективных лекарственных средств [1,6].
На сегодняшний день нанотехнологии широко применяются для точечной доставки лекарственных средств, что является особенно актуальным для терапии онкологических заболеваний, патологии нервной и сердечно-сосудистой систем, в спортивной медицине. Направленный транспорт лекарств в очаг развития патологического процесса позволяет добиться повышения эффективности уже существующей лекарственной терапии. Для нее служат нанокапсулы (стелс-липосомы) или векторы для генной терапии (вирусные и невирусные). В настоящее время в экспериментальной и клинической фармакологии используют дендримеры (обладающие антибластомным действием, выступают в роли транспортеров лекарственных средств); липосомы (обладают антиагрегантным и антиоксидантным действием, повышают биодоступность и транспортируют лекарства); нанокластеры (обладают антиоксидантным действием, повышают синтез АТФ, усиливают восприимчивость к лекарствам, ускоряют биохимические реакции и метаболизм лекарств в организме) [2,3].
На место наиболее вероятного средства целевой доставки лекарственных препаратов претендуют дендримеры, имеющие ветвящееся строение, к которым можно прикрепить определённое количество различных видов молекул. Так, например, первая группа молекул будет непосредственно бороться с болезнью, в то время как остальные займутся, так сказать, обеспечением процесса: помогут отследить лекарство в организме, выступит в качестве химического триггера, высвобождающего препарат по команде извне, а также будут посылать сигналы о результатах лечения. В данный момент некоторые нанопрепараты уже получили одобрение при лечении различных заболеваний, причём в первую очередь это касается серии препаратов, предназначенных для лечения онкологических заболеваний. Преимуществами дендримеров являются предсказуемость, контролируемость, возможность воспроизводить размеры макромолекул с большой точностью, наличие в макромолекулах пор и каналов, которые имеют хорошо воспроизводимую форму и размеры [2].
Примером нанокапсул являются липосомы, которые нетоксичны и биодеградируемы; их мембрана может сливаться с клеточной мембраной и обеспечивать доставку содержимого в клетку. Липосомы представляют собой наночастицы шаровидной формы, ограниченные билипидной мембраной, в полости которой находится водная среда. Активное вещество может располагаться в ядре липосомы (водорастворимые вещества) или в ее липидной оболочке (жирорастворимые вещества). Несмотря на то, что размеры липосом могут быть очень вариабельными, большинство липосом имеют диаметр менее 400 нм 3.
Существенное внимание ученые уделяют фосфолипидным наночастицам, которые применяются для введения вакцин и лекарственных соединений. Задачами лекарственных средств нового поколения является снабжение их такими системами доставки, которые обеспечивают постепенное дробное поступление лекарств в строго определенные органы или клетки-мишени, и оптимизация фармакологических свойств лекарственного вещества. Разработанные системы доставки используются во всех отраслях медицины: в эндокринологии, кардиологии, пульмонологии, онкологии и других. Их эффективность в значительной степени превышает эффективность обычных лекарственных форм [4].
Фуллерены — это сложные органические молекулы, имеющие шарообразную форму и полые внутри. Стенки фуллеренов непроницаемые для каких-либо материальных частиц: ионов, атомов, молекул. На их поверхности упорядоченно располагаются химические группы, подобранные таким образом, чтобы могли связываться с ранее выбранными клетками-мишенями, и были эффективны в борьбе с такими вирусными заболеваниями, как грипп и ВИЧ, а также нейродегенеративными, кардиологическими и онкологическими заболеваниями, остеопорозом и заболеваниями сосудов. Также исследуется возможность фуллеренов играть роль «ловушки» для свободных радикалов и дается оценка их противовирусной активности. Фуллерены обладают хорошей адсорбционной способностью, что способствуют созданию сорбентов на их основе для терапии атеросклероза [2,3].
Актуальным вопросом является возможность использования нанотрубок в качестве носителей лекарственных веществ. Нанотрубки представляют собой цельные цилиндрические структуры, образованные листками графита. Известно, что нанотрубки взаимодействуют с макромолекулами (ДНК, белки). Для доставки и высвобождения лекарственных веществ существуют три способа использования нанотрубок: сорбирование активных молекул препарата на сети нанотрубок или внутри их пучка; химическое присоединение лекарства к функционализированной внешней стенке нанотрубок; помещение молекул активного вещества внутрь просвета нанотрубки. Функционизированные нанотрубки могут служить переносчиками как небольших молекул лекарственных веществ, так и макромолекулярных комплексов[5].
Второе направление использования нанотехнологий в фармакологии – создание новых лекарственных средств, совершенствование хорошо известных лекарственных препаратов с целью повышения эффективности действия, улучшения биодоступности и уменьшения побочных эффектов. Кроме этого, наноносители обладают такими преимуществами, как высокая способность к проникновению активных компонентов внутрь клетки, улучшенные фармакокинетические показатели, возможность создания альтернативных лекарственных форм, а также переход от инъекционных форм преператов к назальным и трансдермальным. Еще одним важным преимуществом наночастиц как лекарственной формы выступает постепенное высвобождение лекарственного вещества, содержащегося в них, что ведет к пролонгированию времени его действия [2].
Необходимо подчеркнуть, что в настоящее время обширные перспективы использования в качестве лекарственных средств для диагностики и лечения ряда заболеваний имеют наночастицы металлов. Это обусловлено, прежде всего, широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов. Показано, в частности, что наночастицы серебра могут использоваться для получения разнообразных материалов с бактерицидными свойствами, наночастицы золота — для повышения эффективности и уменьшения побочных эффектов в радиотермальной терапии опухолей [7].
В то же время, за последнее десятилетие установлено, что наночастицы различных видов, особенно наночастицы металлов, попадая в организм человека, могут стать причиной серьезных заболеваний (нанопатологий), представляющих реальную угрозу здоровью и жизни людей. Известно, что наночастицы металлов могут проникать в организм человека разными путями: через слизистые оболочки дыхательных путей и пищеварительного тракта, трансдермально (например, при использовании косметических средств), через кровоток в составе вакцин и сывороток и т.д. Опасность распространения нанопатологий, хотя еще и не вполне осознана, но, несомненно велика уже сегодня, и, очевидно, будет нарастать в будущем. Выяснение причин патологического действия наночастиц и разработка способов борьбы с заболеваниями, вызванными проникновением в организм наночастиц, становятся сейчас предметом нового направления в экспериментальной медицине[8].
Вывод. В последние десять лет возросло число публикаций, посвященных наномедицине. Этот факт свидетельствует о том, что нанотехнологии, долгое время находившиеся почти исключительно в поле зрения материаловедения, физики и химии, сейчас активно внедряются в биологию, медицину, в частности, в фармакологию. Проведенные в последние годы исследования по созданию и изучению фуллеренов, дендримеров липосом, нанотрубок, наночастиц металлов показывают, что нанотехнологии открывают новые возможности в получении наночастиц и препаратов с принципиально новыми, еще не изученными свойствами. Таким образом, перспектива использования достижений нанотехнологии в фармакологии предвещает решение многих поставленных задач.
Источник
