Dodávanie liekov na báze lipozómov ako potenciálna možnosť liečby Alzheimerovej choroby

ali.ma@wecistanche.com

Carely Hernandez, Surabhi Shukla*

Abstraktné

Alzheimerova chorobaje neurodegeneratívny stav, ktorý vedie k atrofii mozgu a okráda takmer 5,8 milióna jedincov v Spojených štátoch vo veku 65 rokov a starších o ich kognitívne funkcie.Alzheimerova chorobachorobaje spojená s demenciou a progresívnym úpadkom pamäte, myslenia a sociálnych zručností, čo nakoniec vedie k tomu, že jednotlivec už nemôže vykonávať každodenné činnosti samostatne. V súčasnosti dostupné lieky na trhu dočasne zmierňujú symptómy, ale nedarí sa im spomaliť progresiu Alzheimerovej choroby. Liečba a liečba boli obmedzené kvôli ťažkostiam s dodaním liečiva do hematoencefalickej bariéry. Niekoľko štúdií viedlo k identifikácii vezikúl na transport potrebných liekov cez hematoencefalickú bariéru, ktoré by zvyčajne nedosiahli cieľovú oblasť prostredníctvom systémovo podávaných liekov. Nedávno sa objavili lipozómy ako životaschopné činidlo na dodávanie liečiv na transport liečiv, ktoré nie sú schopné prejsť hematoencefalickou bariérou. Lipozómy sa používajú ako súčasť nanočasticového dodávania liečiva; vďaka svojej biokompatibilnej povahe a majúce schopnosť prenášať lipofilné aj hydrofilné terapeutické činidlá cez hematoencefalickú bariéru do mozgových buniek. Štúdie naznačujú dôležitosť podávania liečiv na báze lipozómov pri liečbe neurodegeneratívnych porúch. Myšlienkou je zapuzdrenie liečiv do správne vytvoreného lipozómu, aby sa vytvorila odpoveď na liečbu. Lipozómy sú skonštruované tak, aby sa zamerali na špecifické choré časti a tiež sa skúma niekoľko povrchových modifikácií lipozómov, aby sa vytvorila klinická cesta k liečbe Alzheimerovej choroby. Táto recenzia sa zaoberáAlzheimerova chorobachorobaa zdôrazňujú výzvy spojené s dodávaním liečiva do mozgu a ako môže podávanie lipozomálnych liečiv hrať dôležitú úlohu ako spôsob podávania liečiva pri liečbe Alzheimerovej choroby. Tento prehľad tiež vrhá určité svetlo na variácie lipozómov. Okrem toho kladie dôraz na lipozomálne formulácie, ktoré sú v súčasnosti skúmané alebo používané na liečbuAlzheimerova chorobachorobaa tiež diskutuje o budúcej perspektíve podávania liečiv na báze lipozómov pri Alzheimerovej chorobe.
Kľúčové slová: Alzheimerova choroba; beta-amyloid; hematoencefalická bariéra; dodanie mozgu; systémy na dodávanie liekov; enkapsulované lieky; lipozómy; nanočastice; neurodegeneratívne ochorenia; PEGylácia; cielené doručenie; tau

Kliknite na Cistanche tubulosa a Cistanche deserticola ma pre Alzheimerovu chorobu

Úvod

Alzheimerova choroba(AD) je neurodegeneratívna porucha spôsobujúca problémy s pamäťou, uvažovaním a úsudkom. V súčasnosti neexistuje žiadna liečba ani liečba AD. Dostupné lieky pomáhajú len pri zvládaní symptómov. Diagnostika AD zahŕňa pozitrónovú emisnú tomografiu na identifikáciu akumulácie beta-amyloidných proteínov, jedného z proteínov, ktoré môžu spôsobiť mozgovú atrofiu spojenú s AD (Varghese, 2005; Kassem et al., 2020). Pacienti s AD tvoria od roku 2019 viac ako 5 miliónov Američanov, pričom tento počet sa odhaduje na 16 miliónov Američanov do roku 2050. V súčasnosti je AD 6. najčastejšou príčinou smrti v Spojených štátoch. Náklady na vystrašenie z Alzheimerovej choroby v Spojených štátoch za rok 2018 presiahli 277 miliárd dolárov (Kassem a kol., 2020; Nie je uvedený žiadny autor, 2020). Pacienti žijúci s AD v neskorých štádiách trpia komplikáciami, ako sú ťažkosti so zmenou fyzickej polohy, vyžadujúce si podporu pri pohybe, značný prírastok alebo strata hmotnosti, postupná strata reči a značné ťažkosti s krátkodobou a dlhodobou retenciou (žiadny autor nie je uvedený, 2020). Fyziologicky zdravý mozog dospelých obsahuje asi 100 miliárd neurónov. Neuróny sú tvorené dlhými vetviacimi sa rozšíreniami umožňujúcimi spojenie medzi inými neurónmi; tieto spojenia sú známe ako synapsie. Synapsie uvoľňujú návaly chemického posunu z jedného neurónu a identifikované iným neurónom (Vermunt a kol., 2019; Nie je uvedený žiadny autor, 2020; Zameer a kol., 2020). Približne 100 biliónov synapsií je zodpovedných za neurónové okruhy mozgu; tieto okruhy vytvárajú bunkový základ spomienok, myšlienok, vnemov, pocitov, pohybu a kognitívnych schopností (Vermunt et al., 2019). AD. Fyziologický spätný zápal spôsobujú dva proteíny beta-amyloid a tau (Liet al., 2020; Nie je uvedený žiadny autor, 2020). K AD dochádza prostredníctvom nahromadenia proteínových fragmentov známych ako beta-amyloidný plak alebo spleti proteínu známeho ako tau (Vermunt et al., 2019). Tieto nahromadenia bránia neurónom, aby boli schopné viesť potrebné spojenia, ktoré by viedli k vyvolaniu pamäti. Beta- amyloidné plaky obklopujú zdravé neuróny a bránia im vo vzájomnom spojení. Beta-amyloidné plaky predradené oligomérom vedú k deštrukcii a smrti neurónov; čo ich robí neschopnými spracovať synapsiu (Ostro a Cullis, 1989; Vermunt a kol., 2019). Oligoméry sú opakované kópie podobných alebo identických malých molekúl. Oligoméry majú tendenciu sa vyvíjať počas skorého nástupu AD, pred vývojom beta-amyloidných plakov. Oligoméry beta-amyloidu sú identifikované ako najtoxickejšia beta-amyloidová skupina (Harilal et al., 2019; Nie je uvedený žiadny autor, 2020). Existuje niekoľko štúdií a klinických štúdií na lepšie pochopenie progresie ochorenia, avšak na AD sa zatiaľ nenašiel žiadny liek. Potenciálnou stratégiou liečby AD je výskum zameraný na vývoj metódy na elimináciu tvorby beta-amyloidného peptidu, ako aj na reguláciu jeho produkcie (Ostroand Cullis, 1989). Výskumníci majú teóriu, že rovnováha beta-amyloidového peptidu v mozgu a krvnom obehu môže pomôcť odstrániť prebytočný beta-amyloid z mozgu (Mourtas a kol., 2019; Vermunt a kol., 2019). Problém bol zameraný na beta-amyloid. Myšlienkou je, že nanotechnológia môže byť teraz špecifikovaná tak, aby sa zamerala na beta-amyloid; zavedením malej časti beta-amyloidového proteínu do krvi (Vermunt et al., 2019). Tau proteíny sú druhým znakom AD a sú prítomné v axónoch nervových buniek. Predbežnou funkciou tau proteínov je tvorba mikrotubulov na transport potrebných živín cez nervové bunky. Živiny v nervových bunkách umožňujú bunkám zostať rovné a silné. Tau spleti sa vyskytujú vo vnútri neurónov, čo ich robí neúčinnými (Ostro a Cullis, 1989; Villemagneet al., 2013). Tau spleti nachádzajúce sa vo vnútri neurónov zbavujú neuróny životne dôležitých molekúl alebo živín v dôsledku odumierania neurónov. Tento fyziologický výskyt vedie k zápalu a atrofii mozgu. Tieto zmeny bránia mozgu spracovávať glukózu; hlavný zdroj energie pre mozog (Ostroand Cullis, 1989; Vermunt et al., 2019). Pacienti s AD preukazujú rozpad tau proteínov v neurónoch.

V súčasnosti dostupné liečebné plány AD zahŕňajú predovšetkým inhibítory cholínesterázy (donepezil, galantamín, rivastigmín), antagonisty receptora N-metyl-D-aspartátu (NMDA) (memantín), inhibítor acetylcholínesterázy (takrín) (Spuch a Navarro, 2011). Inhibítory cholínesterázy alebo acetylcholínesterázy zlepšujú pamäť, myslenie, jazyk a spracovanie myšlienok (Vermunt et al., 2019). Pacienti s AD sú identifikovaní ako pacienti s nižšími hladinami acetylcholínu (Ach). Inhibítory cholínesterázy zvyšujú hladiny Ach tým, že inhibujú rozpad acetylcholínu v synaptickej štrbine a zvyšujú excitáciu neurónov (Kuo a Lee, 2016; Binda et al., 2018). ACh je chemický kuriér, vitalínové učenie a spomínanie (Binda et al., 2018). Antagonisty NMDA receptorov zlepšujú pamäť, sústredenie, uvažovanie, jazyk a vybavovanie si hrubých úloh. Mechanizmus účinku NMDA umožňuje prenos elektrických indikátorov medzi neurónmi v mozgu a miechovom plexe. NMDA receptory musia zostať otvorené a viazať sa s glycínom a glutamátom; otváranie iónových kanálov. Glutamát je neurotransmiter, ktorý umožňuje vykonávanie kognitívnych funkcií. Prostredníctvom tejto regulácie NMDA receptorov takými antagonistami NMDA receptorov, ako je memantín, môže byť znížená neuronálna excitabilita. Pacienti s AD majú zvýšené množstvo glutamátu. Neúmerná neuronálna excitácia spôsobuje poškodenie neurónov. Klinické prehľady liečby vyjadrili úľavu od záťaže opatrovateľa a mierne zlepšenie celkovej kvality života. Liečby vykazovali najlepšie výsledky hlavne u pacientov s miernymi až stredne závažnými symptómami (Johnson a Kotermanski, 2006).

Lieky používané na liečbu neurodegeneratívneho ochorenia sa typicky podávajú perorálne; síce pomáhajú zvládať symptómy choroby, ale nedosahujú veľa pri oddialení progresie. Perorálne požité lieky sa nedostanú do mozgu v plnom rozsahu, pretože sa metabolizujú v pečeni, čím sa jeho dostupnosť na zvládnutie skutočného ochorenia stáva neúčinnou (Spuch a Navarro, 2011). Liečby využívajúce lipozómy na transport cez hematoencefalickú bariéru (BBB) ​​by mohli ukázať potenciálny vplyv na skutočnú progresiu ochorenia dosiahnutím oblasti mozgu vyžadujúcej liečbu. Cieľom tohto prehľadu je zhromaždiť aktuálne informácie o tom, ako môžu lipozómy ako systém na dodávanie liečiv hrať dôležitú úlohu ako potenciálna možnosť liečby AD. Tento prehľad sa stručne dotýka aj výziev spojených s dodávaním liečiv do mozgu. Prehľad opisuje niektoré variácie a modifikácie lipozómov a zaoberá sa aj súčasným výskumom lipozómov, ktorý sa zaoberá ich úlohou ako potenciálnej možnosti liečby AD.

Stratégia vyhľadávania a výberové kritériá

Články citované v tejto recenzii publikované v rokoch 1997 až 2020 boli vyhľadávané v databázach vrátane NCBI PubMed, Web ofScience, Scopus a Google Scholar. Boli použité nasledujúce kľúčové slová: Alzheimerova choroba; beta-amyloid; hematoencefalická bariéra; dodanie mozgu; systémy na podávanie liekov; enkapsulované liečivá; lipozómy; nanočastice; neurodegeneratívne ochorenia;PEGylácia; cielené doručenie a tau.

Výzvy pri podávaní liekov do krvno-mozgovej bariéry

AD postihuje mozog, časť tela spojenú s výzvami pri podávaní liekov a liečbe v dôsledku prítomnosti ochranných bariér. Centrálny nervový systém má vopred nastavené bariéry na ochranu mozgu a miechy; Bohužiaľ, tieto ochranné vrstvy predstavujú terapeutickú bariéru (Vermuntet al., 2019). Centrálny nervový systém sa skladá z krvno-cerebrospinálnej bariéry a BBB. Tieto dva kompartmenty oddeľujú cirkulujúcu krv od neurónov (Forlenza et al., 2010; Vieira a Gamarra, 2016). Existencia endogénnych transportérov v BBB umožňuje selektívny príjem živín a obmedzenie vstupu cudzích látok (Mourtas et al., 2019). Početné endogénne transportéry selektívne prepúšťajú potrebné živiny a minerály cez hematoencefalickú bariéru do mozgu. Rovnaký selektívny vstup obmedzuje vstup vonkajších materiálov vrátane liekov (Spuch a Navarro, 2011). liečiť oblasti centrálneho nervového systému. Systémové lieky musia prekonať hematoencefalickú bariéru, aby sa dostali do mozgu (Misra a kol., 2003; Mourtas a kol., 2019). Tieto bariéry nielen bránia liečbe a diagnostike AD, ale aj demencie, meningitídových vírusových a bakteriálnych infekcií, Parkinsonovej choroby, psychiatrických porúch a syndrómu získanej imunitnej nedostatočnosti. Tieto chorobné stavy ponúkajú potrebu vývoja liečebného modelu zameraného na mozog. Neúspech rôznych invitro štúdií viedol k hľadaniu vezikály, ktorá je schopná transportovať liek do potrebných oblastí, aby sa zamerala na mozog (Spuch a Navarro, 2011; Davtyan a kol., 2014; Vermunt a kol., 2019; Nie je uvedený žiadny autor , 2020). Hranice stanovené BBB stanovili nové limity pre nanoterapeutiká, ktoré majú prekročiť v oblastiach afinity, absorpcie a funkcie dodávacieho systému. Modifikácie na zvýšenie afinity a väzby lipofilných nanočastíc na endotelové bunky zvyšujú transport liečiv endocytózou alebo lipofilnou cestou (Ostro a Cullis, 1989). Absorpcia lieku je nevyhnutná na dosiahnutie bezpečného terapeutického indexu. Nanočastice poskytujú lepšie uvoľňovanie liečiva do kapilár, čím sa zvyšujú šance liečiva na transport cez BBB. Cielené miesto dodania umožňuje obísť orálne a črevné absorpčné bariéry a zvyšuje biologickú dostupnosť liečiv v cieľovom mieste (Ostro a Cullis, 1989). Na obídenie BBB sú stále potrebné ďalšie úpravy. Povrchové variácie nanočastíc umožnili nanočasticiam vstúpiť do BBB; vyhýbanie sa fagocytárnej opsonizácii vyjadrujúcej koncentráciu liečiva progresínu dodávaného do mozgu (Karthivashan a kol., 2018). Nakoniec funkcia nano transportéra riadeného receptorom sprostredkovaná transcytózou umožňuje liečivu prejsť cez BBB a dostať sa do mozgu. Lipozómy boli široko študované ako potenciálny nanonosič umožňujúci transport liečiv cez BBB (Karthivashan a kol., 2018; Naqvi a kol., 2020).

extrakt z cistanche

Lipozómy a stratégie dodávania liečiv

Lipozómy sú sférické útvary organických nanočastíc zložené z lipidovej dvojvrstvy obsahujúcej vodné jadro spolu s nepriepustnou vonkajšou lipofilnou fosfolipidovou vrstvou (obrázok 1) (Ross a kol., 2018; Harilal a kol., 2019). Vodné centrum je uzavreté obalovými vo vode rozpustnými látkami na transport zabezpečujúci príchod do cieľových oblastí (Sokolikand Maltsev, 2015). Vodný medziprodukt umožňuje, aby polárny segment molekuly zostal v spojení s polárnym prostredím, pričom stále chráni nepolárny segment. Vonkajší povlak obklopujúci vodné centrum je tvorený tukom označovaným ako fosfolipidová dvojvrstva (Harilal a kol., 2019; Mourtas a kol., 2019). Dvojvrstvová fosfolipidová vrstva pomáha transportovať činidlá rozpustné v lipidoch vo vrstve bunkovej membrány rozpustnej v lipidoch (obrázok 1). Bežné lipozómy zvyčajne obsahujú biologické fosfolipidy a lipidy, ako je monosialogangliozid, 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-fosfatidylcholín, vaječné fosfatidylcholíny a sfingomyelín (Yu a kol., 2011.199; Bender a kol., Bender a kol. Spôsob formulácie lipozómov je jedným zo spôsobov klasifikácie odlišných foriem lipozómových vezikúl (Harilal et al., 2019; Mourtas et al., 2019). Lipozómy možno klasifikovať do troch skupín; multilamelárne vezikuly (MLV), malé unilamelárne vezikuly (SUV) a veľké unilamelárne vezikuly (Corace a kol., 2014; Dreier a kol., 2016; Kong a kol., 2020). MLV sú tvorené mnohými lipidovými vrstvami rozdelenými vodným roztokom; príprava je spontánna. MLV sa tvoria jemným trepaním. Malé unilamelárne vezikuly alebo veľké unilamelárne vezikuly sa líšia veľkosťou a sú vytvorené homogenizáciou MLV s jednou lipidovou vrstvou (Varghese, 2005; Kassem et al., 2020). Lipozómy sa skladajú z cholesterolu plus fosfolipidov a aktívnych molekúl liečiva (Ostro a Cullis, 1989; Vermunt a kol., 2019). Miesto enkapsulácie liečiva je určené optimálnym prostredím liečiva. Pochopenie lipozómového fosfolipidového zloženia umožňuje lepšie porozumieť potrebnej polohe liečiva na transport. Fosfolipid je tvorený hydrofóbnym chvostom (2 mastné kyseliny obsahujúce 10-20 atómov uhlíka) a hydrofilnou hlavou (kyselina fosforečná naviazaná na molekulu rozpustnú vo vode) (Harilal a kol., 2019; Fonseca-Gomes a kol. , 2020). Lipid môže mať veľkosť od 25 nm do 5000 nm mikroskopického tukového materiálu. Terapeuticky lipozómy môžu zvýšiť účinnosť liečiva, jeho stabilitu, kontrolované uvoľňovanie, podávanie viacerými cestami, cielené tkanivové pôsobenie a pomáhať pri znižovaní zbytočnej toxicity liečiva (Corace a kol., 2014; Dreier a kol., 2016; Fonseca-Gomes a kol., 2020). Lipozómy boli dlho študované ako vezikuly, ktoré možno skonštruovať tak, aby ponúkali príťažlivosť pre endogénne bariéry, ktoré by mohli odvrátiť cudzie predmety (Yadav et al., 2017).

Vlastnosti lipozómov, ktoré im umožňujú byť takými vynikajúcimi vezikulami, sú ich schopnosť transportovať amfipatické, hydrofilné a hydrofóbne lieky, minimálna toxicita, vynikajúca kompatibilita s vonkajším prostredím, žiadne spúšťanie imunitného systému a zacielenie na miesto pôsobenia pre účinné dodávanie liekov (Harilal et al., 2019; Mourtas a kol., 2019). Agensy zapuzdrené v lipozómoch zvyšujú ochranu pred okamžitou degradáciou z vonkajšieho prostredia (Yu et al., 2011). Výhody používania lipozómov sú zníženie toxicity liekov z expozície na necieľových miestach a zvýšenie terapeutickej účinnosti (Yu a kol., 2011; Bender a kol., 2019).

Hoci lipozomálna formulácia má mnoho výhod a je úspešná v procese vývoja liečiva, nie sú bez obmedzení, ktoré vyplývajú zo zlej stability lipozómov in vivo a stavu skladovania, slabá stabilita je spôsobená potenciálnou oxidáciou lipidov, hydrolýzou, únikom, štiepením a fúziou častíc a redukciou v hydrofilných nosičoch (Akbarzadeh a kol., 2013; Randles a Bergethon, 2013; Pattni a kol., 2015). Ďalším obmedzením lipozomálneho systému na dodávanie liečiva je dávkovanie liečiva alebo účinnosť enkapsulácie liečiv. Lipozomálna formulácia liečiva môže byť vytvorená, ak je účinnosť enkapsulácie liečiva taká, že liečivo môže byť dodané v terapeutických dávkach v primeranom množstve lipidu. Pretože lipidy vo vyšších množstvách môžu spôsobiť toxicitu a viesť k saturovateľnej farmakokinetike liečiv. Obmedzením lipozomálneho podávania liečiva je dávkovanie liečiva. Inlipozómy na nanášanie liečiva sa môžu uskutočňovať dvoma spôsobmi, buď pasívne (liečivo sa zavádza alebo enkapsuluje počas tvorby lipozómov alebo aktívne (po vytvorení lipozómov). Pasívne zapuzdrenie hydrofilných liečiv, ktoré závisí od kapacity lipozómu zachytiť vodný tlmivý roztok, ktorý rozpustil liečivo počas tvorby vezikulov (Sharma a Sharma, 1997; Sharma et al., 2018). Účinnosť zachytávania je nižšia ako 30 percent a je obmedzená zachyteným objemom obmedzeným v lipozómoch a rozpustnosťou liečiv. Pokroky v technikách poskytli spôsoby, ako zlepšiť účinnosť enkapsulácie hydrofilných liečiv. Napríklad ,hydrofilné liečivá, ktoré majú amínové skupiny, môžu byť aktívne zachytené použitím gradientu pH, čo vedie k 100-percentnej účinnosti. Účinnosť enkapsulácie môže zvýšiť aj aktívna náplň amfipatických slabo kyslých alebo zásaditých liečiv (Sharma a Sharma, 1997; Sharma et al., 2018).

Niektoré ďalšie nevýhody spojené s lipozómami sa týkajú nestability plazmy, rýchleho uvoľňovania liečiva a absorpcie do retikuloendoteliálneho systému. Tieto problémy spojené s podávaním liečiv na báze lipozómov môžu byť vyriešené určitou modifikáciou lipozómov. Lipozómy môžu tiež prejsť modifikáciami, aby sa napravili krátke zmeny vo veľkosti a lipidových zložkách (Kuo a Lin, 2014; Hubin et al., 2019). Uskutočňujú sa modifikácie štruktúry a vlastností alipozómov; v závislosti od zapuzdrenia lieku a požadovaného prostredia na ošetrenie. Príkladom štrukturálneho aditíva je pridanie cholesterolu (Corace et al., 2014; Dreier et al., 2016). Pridanie cholesterolu alebo 1,{5}}dioleoyl-sn-glycero-3-fosfoetanolamínu do primárne fosfolipidového lipozómu pomáha riešiť problém nestability lipozómov v plazme a redukcie rýchleho uvoľňovania. Ukázalo sa tiež, že pridanie polyetylénglykolu (PEG) na povrch lipozómov zvyšuje čas cirkulácie liečiv až na 55 hodín, čím sa zvyšuje polčas rozpadu enkapsulovaných činidiel (Ostro a Cullis, 1989; Morgan, 2011; Harilal et al., 2019). Prítomnosť PEG na povrchu lipozómov tiež znižuje vychytávanie systému mononukleárnych fagocytov (stealth lipozómy). Stealtlipozómy boli úspešné pri vyhýbaní sa vychytávaniu mononukleárnymi fagocytmi, avšak stealth lipozómy boli neúspešné pri vyhýbaní sa retikuloendoteliálnemu vychytávaniu; preto sa vyvinula potreba modifikácie a zavedenia ligandovo cielených lipozómov (Kuo a Lin, 2014; Balklava et al.) (Obr. 2015 al., Obr. ). Ďalšie modifikácie uskutočnené na lipozómoch zahŕňajú lipozómy sprostredkované cieľovým ligandom a protilátky konjugované s PEG, aby sa zabezpečila stabilizácia lipozómov a úspešná liečba (obrázok 1). Ciele ligandov ponúkajú prispôsobené lipozómy, ktoré môžu zvýšiť rýchlosť akumulácie liečiva v cieľovom tkanive. Ligandy môžu pozostávať z protilátok, peptidov a proteínov pripojených priamo na fosfolipidovú hlavu lipozómu s obsahom činidla alebo na reťazec PEG (obrázok 1). Ligand zložený z aminokyselín ponúka vysokú afinitu k cieleným bunkám a ponúka pacientovi menej toxickú liečbu, ktorá znižuje systémovú expozíciu (Kuo a Lin, 2014; Balklava a kol., 2015; Kuo a Tsao, 2017). Záporne nabité činidlá predstavujú výzvu pri podávaní liečiva. Predpokladá sa, že lipozómy s negatívnym nábojom sú rýchlo odstránené z obehu, čím sa znižuje terapeutická dostupnosť (Spuch a Navarro, 2011; Kuo et al., 2017). Neutrálne alebo pozitívne nabité lipozómy znižujú rýchlosť vychytávania retikuloendotelu, čo umožňuje účinnú účinnosť liečiva dosiahnuť cieľovú oblasť (Harilal a kol., 2019; Mourtas a kol., 2019). Táto manipulácia s lipozómami neznižuje schopnosť lipozómov prechádzať cez BBB (Kuo et al., 2017). Dodávanie liečiva pomocou lipozómov prebieha pomocou pasívnej difúzie, retencie vezikúl a erózie vezikúl. Lipozómy sú spojené s tromi špecifickými modelmi bunkovej interakcie pre transport látok, adsorpciu, fúziu a endocytózu. Lipozóm umožňuje lepšiu kontrolu nad množstvom času, ktorý terapeutické činidlo strávi v obehovom systéme, čím sa znížia toxické vedľajšie účinky a predĺži sa terapeutický účinok (Kuo a Tsao, 2017; Kong et al., 2020).

Lipozómy ponúkajú schopnosť transportovať veľké množstvo liečiva v obale do jedného vezikula. Hoci sa lipozómy môžu zdať veľmi sľubné, neprichádza to bez obmedzení (Kuo a Lin, 2014; Balklava et al., 2015). Orálne podávanie lipozómu by nebolo možné, pretože nízke pH žalúdka a možná interakcia so žlčovou soľou by spôsobila nestabilitu lipozómu. Konštrukcia lipozómov, aby boli funkčné v optimálnom liečebnom prostredí, ich robí zraniteľnými voči teplote, ultrazvukovým vlnám, magnetizmu, svetlu a pH (Kong et al., 2020). Lipozómy boli pozorované pri všetkých možných hrozbách, vrátane makrofágov (Kuo a Lin, 2014). Zabezpečenie stability lipozómu si vyžiadalo zabezpečenie toho, že dvojvrstvy nie sú degradované v čase podania, ako sa očakáva pri orálnom podaní, a riadenie uvoľňovania liečiva do cieľovej oblasti (Pillot et al., 1997). Aby sa zabezpečilo, že liekový systém nezlyhá, skúma sa niekoľko variácií tohto nanonosiča. Skorší spomenutý príklad toho, že niektoré zmeny povrchu lipozómov by spôsobili neschopnosť preniknúť do BBB a ako by pridanie cielených ligandov na druhej strane zvýšilo jeho schopnosť vstúpiť do BBB (obrázok 1), ukazuje niektoré modifikované lipozómy, ktoré môžu infiltrovať mozog. Cieľom lipozómu je dodať terapeutickú hladinu liečiva do cieľovej oblasti a vyhnúť sa imunologickému útoku (Harilal a kol., 2019; Mourtas a kol., 2019). Niektoré ďalšie typy lipozómov, ktoré sa v súčasnosti hodnotia vo výskume, sú virozómy, imunolipozómy a lipozómy na génovej báze, ktoré sú opísané nižšie (tabuľka 1).

Základy virozómov

Virozóm je typ lipozómu formulovaný z väzby nekovalentného spojenia fuzogénneho vírusového obalu a alipozómu (Spuch a Navarro, 2011; Carrera a kol., 2013; Onodera a kol., 2014). Konštrukcia virozómu sa vykonáva pomocou vírusových fragmentov spolu s nevírusovým transportérom. Na umožnenie liečby možno skonštruovať aj pseudovirióny. Hemaglutinačný vírus Japonska alebo vírus hepatitídy B boli študované pri použití virozómov (Spuch a Navarro, 2011; Onodera a kol., 2014; Kuo a Tsao, 2017). Deriváty hemaglutinačného vírusu Japonska zabalené v lipozómoch sa používajú na efektívny transport DNA, siRNA a protirakovinových látok (Carrera et al., 2013). Hemaglutinačný vírus Japonska spustil protinádorovú aktivitu selektívnu pre rakovinu. Virozómy boli dokonca nedávno skúmané s cieľom vyvinúť preventívne a terapeutické očkovanie proti AD (Kuo a Chou, 2014). Uvádza sa, že inokulácia obsahujúca amyloidné peptidy mala pozitívne výsledky v mnohých modeloch AD myší. Účinnosť inokulácie sprostredkovala inhibíciu a odstránenie amyloidných plakov v infikovanom myšom mozgovom tkanive. Budúci výskum ďalšieho vývoja očkovania poskytne viac informácií o prísľuboch, ktoré môžu virozómy ponúknuť neurodegeneratívnej terapii (Carreraet al., 2013; Kuo a Chou, 2014).

Základy imunolipozómov

Imunolipozómy sú lipozómy naplnené liečivom a sú konjugované s monoklonálnou protilátkou, ktorá je nastavená na cieľové špecifické bunky. Modifikácia exteriéru lipozómov Zvyšuje afinitu k cieleným nádorovým bunkám a protilátka zvyšuje terapeutický index (Harilal et al., 2019; Mourtaset al., 2019). Imunolipozómy preukázali úspešnosť invivo supresívnej terapie nádoru. Lipozómy chránili zapuzdrené činidlo pred makrofágmi prostredníctvom modifikácií, ale imunolipozómy spúšťajú imunitnú odpoveď. Zníženie imunitnej odpovede použitím imunolipozómov nastáva použitím Fc časti IgG protilátky a použitím humanizovanej protilátky (Spuch a Navarro, 2011; Carrera a kol., 2013; Onodera a kol., 2014). Fc fragment je modifikovaný tak, aby bol zacielený na ľudský transferínový receptor. Transferínový receptor je membránový glykoproteín a je exprimovaný v rôznych tkanivách a bunkách. Transferín je prítomný v mozgových endoteliálnych bunkách, červených krvinkách a niektorých nádorových bunkách. Transferínové receptory hrajú dôležitú úlohu ako glykoproteín krvnej plazmy viažuci železo, ktorý riadi prenos železa do buniek, čím reguluje hladinu voľného železa v bunkách a mozgu. Nedávne štúdie naznačujú, že transferín môže prechádzať cez BBB endocytózou. Nedávne štúdie in vitro naznačujú, že lipozómy konjugované s transferínom by mohli preniknúť do BBB. Dve techniky modifikácií posilňovacej afinity sú naviazanie protilátky priamo na hlavu fosfolipidu lipozómu; druhou technikou je pripojenie protilátky k PEG reťazcu. Použitie reťazca PEG tiež zvýšilo retenciu protilátok (Carrera a kol., 2013; Mourtas a kol., 2019). Metabolizmus liečiva v pečeni je ďalším problémom, ktorý rieši Fc fragment; aktívny model používaný v imunolipozómoch je Fab-PEG-lipozóm. Fab-PEG-lipozóm má dlhšiu retenciu v krvi, pretože zabraňuje vychytávaniu z fagocytózy (Carrera et al., 2013; Onodera et al., 2014).

Základy génovo založených lipozómov

DNA, ktorá je značnou aniónovou molekulou, sa ťažko transportuje cez bunky (Carrera a kol., 2013; Onodera a kol., 2014). Cirkulujúci enzým deoxyribonukleáza rozkladá DNA, takže nie je možné dosiahnuť neporušené cieľové miesto. V myšacích modeloch lipozómy demonštrovali schopnosť účinne intracelulárne transportovať DNA. Zložky lipozómov na báze génov pozostávajú z amínovej hydrofilnej hlavy a fosfolipidu (Carrera et al., 2013). Pridanie amínovej hlavy by kategorizovalo tento lipozóm ako katiónový lipozóm (obrázok 1) ukazuje katiónový lipozóm a vysvetľuje interakciu medzi pozitívne a negatívne nabitými molekulami. Katiónové lipozómy majú pozitívny vonkajší náboj v rámci konvenčného biologického pH (Kuo a Tsao, 2017). Korekcia v lipozómoch na báze génov sa zameriava na efektívne dosiahnutie terapeutického prahu bez zníženia aktívneho činidla prostredníctvom rýchleho klírensu. Cieľom je pridať ligandy, ktoré môžu zacieliť postihnuté tkanivo na bunkovej úrovni bez obetovania liečebného prínosu katiónového lipozómu (Kuoand Tsao, 2017).

Dodávanie liečiv na báze lipozómov pri liečbe AD

Ako potenciálna liečba AD sa študujú rôzne systémy na dodávanie liečiv na báze lipozómov (tabuľka 2). Rastie výskum multifunkčných a modifikovaných lipozómov, ktoré pomáhajú pri transporte liečiva cez BBB spolu so zameraním na patológiu AD. Niektoré z lipozómových formulácií a multifunkčných lipozómov na potenciálnu liečbu AD sú opísané nižšie.

Oxidačné poškodenie je charakteristickým znakom neurogeneratívnych ochorení vrátane Alzheimerovej choroby, dôkazy naznačujú, že antioxidanty môžu chrániť pred toxicitou beta amyloidu. Kurkumín je výťažok z podzemku koreňa kurkumy a používa sa ako výživový doplnok. Farmakologicky kurkumín preukázal antibakteriálne, protirakovinové, protiplesňové, protizápalové a anti-Alzheimerove vlastnosti vďaka svojim antioxidačným vlastnostiam. (Morgan, 2011; Davtyan a kol., 2014; Qi a kol., 2017 Chenet al., 2020). Avšak kvôli nízkej rozpustnosti, nestabilite v obehovom systéme a rýchlemu metabolizmu má kurkumín obmedzenú terapeutickú dostupnosť užívanú priamo pri systémovom podávaní (Morgan, 2011; Davtyan et al., 2014). Predpokladalo sa, že rozpustnosť sa zlepší tým, že sa nanotransportuje. Štúdie naznačujú, že zavedenie kurkumínu do alipozómu zvyšuje stabilitu a improvizuje rozpustnosť kurkumínu (Davtyan a kol., 2014; Qi a kol., 2017). Kurkumín sa zameriava na A a znižuje tvorbu amyloidných plakov, čím znižuje toxicitu spojenú s amyloidmi. Mourtas a kol. (2011) vyvinuli lipozómy zdobené kurkumínom. Derivát kurkumínu vykazoval vysokú afinitu k fibrilám A 42, čím sa znížila agregácia A a tvorba amyloidných plakov. Iná štúdia vykonaná tou istou skupinou na výrobu multifunkčných nanorozmerných lipozómov na zacielenie na amyloid. PEG-kurkumínové lipozómy dodatočne zdobené anti-transferínovou protilátkou na sprostredkovanie transportu kurkumínu cez krvnú mozgovú bariéru preukázali zníženie depozitu a tvorby A v hipokampe myší APP/PS1 (Mourtas a kol., 2011, 2014)

Štúdia multifunkčných lipozómov zahŕňala lipozómy naplnené mAPO a kyselinou fosfatidovou (PA). PA vykazuje zvýšenú afinitu k väzbe A, zatiaľ čo mAPO zvyšuje prechod hematoencefalickou bariérou. Tento dvojitý funkčný mAPO-PA naplnený lipozóm viedol k disagregácii A fibríl in vitro. Synergický účinok mAPO aj PA bol väčší ako pri každom z nich samotných (Balducci et al., 2014). Ukázalo sa, že lipozóm naplnený apolipoproteínom E2 má terapeutické výhody pri AD prostredníctvom génovej adaptácie. ApoE2 naložený do cieľového mozgového tkaniva ukázal liečebný prínos pri AD. Použitý model bol in vitro s použitím mozgov myší s AD, ktorým sa podávali systémové terapeutické gény obklopujúce lipozómy (Szoka a Papahadjopoulos, 1980; dos Santos Rodrigues a kol., 2019). Výsledky intravenóznej injekcie s povrchovo modifikovaným lipozómom (transferín-penetratín) boli účinné pri podávaní terapeutického činidla cez BBB (Davtyan et al., 2014; Qi et al., 2017). Mozgy myší mali zvýšené hladiny ApoE, čo ukazuje na potenciálnu liečbu AD (dos Santos Rodrigues et al., 2019).

Intranazálne lipozómy naplnené peptidom H102 sú študované ako potenciálna možnosť liečby AD. Štúdia zahŕňajúca nanočasticový systém na dodávanie liečiva s peptidom H102 narušujúcim list preukázala, že konjugácia H102 s lipozómami má dvojitú funkciu zacielenia na hematoencefalickú bariéru a tiež zacielenie A 42. Štúdia naznačila neuroprotektívny účinok lipozómov naplnených H102. Priestorové učenie a pamäť v AD myšom modeli sa zlepšili v lipozómoch naplnených H102 v porovnaní s kontrolnou skupinou. Zdá sa, že lipozómy naplnené H102 sú sľubným kandidátom na cielené dodávanie liečiva do mozgu do lézií AD (Davtyan a kol., 2014; Zheng a kol., 2015).

Rivastigmín je jediná liečba AD schválená FDA. Problém spojený s perorálnym podávaním rivastigmínu má však zlú stabilitu a slabú permeabilitu na obídenie BBB, čo obmedzuje úroveň účinnosti lieku. Na prekonanie tohto problému sa študujú alternatívne spôsoby nazálneho podávania lipozómov naplnených rivastigmínom. Na udržanie stability sa do lipozómov pridáva kladne nabitý induktor DDAB (didecyldimetylamóniumbromid), ktorý napomáha elektrostatickej repulzii a zníženiu interakcie medzi lipozómami. Ďalšie pridanie PEG vedie k tvorbe vysoko stabilného ESS. Táto modifikácia zvýšila hladinu liekov v plazme a mozgu v porovnaní so samotným rivastigmínom (elektrostrický stealtlipozóm) (Malekpour-Galogahi et al., 2017; Kong et al., 2020). Uskutočňujú sa štúdie s cieľom skontrolovať, či lipozómy naplnené rivastigmínom boli schopné dostať sa do mozgu bez metabolizmu, čo môže viesť k spomaleniu progresie ochorenia (Mutlu a kol., 2011; Malekpour-Galogahi a kol., 2017; Nageeb El-Helaly a kol., 2017 ).

Nano zametacie zariadenia sú malé častice zložené z chitosanu s pegylovanými A targetingovými sekvenciami a Beclin{0}} (induktor autofágie). Tieto nanozametače zachytávajú extracelulárny A a podnecujú ich príjem do buniek a tiež zvyšujú trávenie a autofágiu A. Štúdia skúmajúca tieto transgénne myši nano sweeperin APPswe / PS1dE9 ukazuje, že degradácia nerozpustného aj rozpustného A znížila toxicitu A a tiež zvýšila prežitie nervových buniek. Tento proces bol označovaný ako vymazanie mozgu myší; zistilo sa, že tieto myši majú menej problémov s pamäťou (Luo et al., 2018).

V nedávnej štúdii sa na zlepšenie prežitia neurónov pri AD použil lipozóm s väzbou pšeničných klíčkov. Lipozóm je zaliaty kurkumínom a nervovým rastovým faktorom, povrch je potom modifikovaný aglutínom z pšeničných klíčkov. Multifunkčné lipozómy down-regulujú fosforyláciu dvoch dôležitých kináz v dráhe MAPK (mitogénom aktivovaná proteínkináza), ktoré sú dôležité pre prežitie neurónov a apoptózu. V týchto multifunkčných lipozómoch kurkumín inhibuje agregáciu A a tiež mení aktivitu kináz zapojených do dráhy apoptózy. NGF aktivuje receptor tyrozínkinázy A, ktorý hrá dôležitú úlohu v prežívaní neurónov. Aglutín z pšeničných klíčkov a PEGylácia pomáha zlepšiť dodávanie liekov cez BBB (Kuo a Lin, 2015; Kuo et al., 2017).

Štúdia na lipozómoch naplnených kvercetínom prostredníctvom nazálneho modelu AD u zvierat ukázala, že lipozómy naplnené kvercetínom znížili degeneráciu cholinergných neurónov. Možný mechanizmus neuroprotekcie lipozómov naplnených kvercetínom bol do určitej miery prostredníctvom zníženia oxidačného stresu, ako sa preukázalo zvýšením superoxiddismutázy (Phachonpai et al., 2010).

Coarce a kol. (2014) vyvinuli multifunkčné lipozómy na dodávanie hydrochloridu takrínu anti-Alzheimerovho liečiva na dodávanie nazálnou cestou. Tieto lipozómové formulácie pozostávali z fosfatidylcholínu a cholesterolu, ktoré boli doplnené o -tokoferol a/alebo Omega3 mastné kyseliny. Táto metodológia viedla k zvýšeniu permeácie takrínu cez nosnú sliznicu spolu so zvýšením neuroprotektívneho účinku v dôsledku prítomnosti s-tokoferolu a Omega3 mastných kyselín (Corace et al., 2014).

Mnohé lipozomálne formulácie sú v klinických skúškach v USA na liečbu rakoviny, plesňovej infekcie, syndrómu získanej imunitnej nedostatočnosti Kaposiho sarkómu. Bohužiaľ, lipozomálna formulácia na dodávanie liekov špecifických pre mozog v klinickej praxi je obmedzená (Pattni a kol., 2015; Bulbake a kol., 2017). Niekoľko lipozomálnych liekov na dodávanie liekov do mozgu je uvedených v tabuľke 3.

Budúcnosť a perspektíva podávania liekov na báze lipozómov pri Alzheimerovej chorobe

AD je hlavným vinníkom diagnostikovanej demencie na celom svete. Neurodegeneratívna terapia prichádza s rôznymi obmedzeniami kvôli jej obtiažnosti pri diagnostike aj liečbe. Fyziologická bariéra, BBB obmedzuje použitie životaschopnej perorálnej liečby kvôli svojej nepriepustnej štruktúre. Pacienti s AD sú typicky diagnostikovaní na základe straty kognitívnych funkcií, narušeného jazyka, neschopnosti racionalizácie a narušenia správania. AD tiež ovplyvňuje kvalitu života pacienta. Znižuje sa kvalita života nielen pacienta, ale aj opatrovateľa, čo vedie k únave spojenej so starostlivosťou o pacienta. Terapeuticky málo možností schválených FDA je dostupných v symptomatickej liečbe AD. Rivastigmín, inhibítor cholínesterázy je zlatým štandardom na liečbu AD. Súčasné dostupné lieky pomáhajú pri zvládaní symptómov, avšak neodďaľujú progresiu ochorenia. Pokroky v nanotechnológii viedli k výskumu, ktorý umožňuje cielené dodávanie liekov do konkrétneho regiónu. Dodávanie lipozomálnych liečiv ako diagnostických a terapeutických vezikúl má potenciál na liečbu neurodegeneratívnych porúch. Vývoj technológie s lipozomálnym liečivom zlepšuje biologickú distribúciu činidiel, znižuje inretikuloendoteliálny príjem makrofágmi a znižuje voľné liečivo, čím sa znižuje systémová toxicita. Variácie inlipozómov prostredníctvom modifikácií umožňujú špecifické zacielenie na dosiahnutie mozgu prekonaním BBB. Multifunkčné lipozómy majú potenciál zamerať sa na viac ako jednu patológiu neurodegeneratívnych ochorení, a tak spomaliť progresiu ochorenia.

Lipozómy prichádzajú s mnohými výhodami, ako je vysoká zaťažovacia kapacita, uľahčená fúzia k bunkám (fuzogenicita), hydrofilná a hydrofóbna schopnosť naplnenia liečiva a intracelulárne uvoľňovanie liečiva prostredníctvom fúzie. Naplnené lipozómy môžu zvýšiť účinnosť, stabilitu, riadené uvoľňovanie, cielený účinok a terapeutický index liečiva. Avšak existujú určité nevýhody lipozómov, ako je vysoká cena, únik a fúzia obaleného činidla, nízka rozpustnosť a krátky polčas rozpadu. Lipozómy majú veľmi strategický štandard skladovania. Stabilita lipozómov je spochybnená, ak sú nesprávne skladované kvôli teplote, svetlu a dokonca náchylnosti na agitačný pohyb. Dodávanie liečiv na báze lipozómov si napriek tomu vyžaduje ďalšie skúšky na lepšie pochopenie najúčinnejšieho a najbezpečnejšieho spôsobu podávania. Pri mnohých použitiach lipozómov ako systému na dodávanie liečiv je ešte potrebné určiť dávkovú koncentráciu. Lipozómy podporujú akumuláciu liečiva, je potrebné zabezpečiť, aby rýchlosť klírensu bola terapeuticky relevantná a zároveň nebola toxická.

Očakáva sa, že budúce snahy výskumu implementujú zväčšenie výhod, ktoré lipozómy ponúkajú; variácie vo veľkostiach, schopnosť transportu veľkého nákladu, schopnosť ponúknuť trvalé dodávanie činidla, zvýšenie účinnosti, zvýšenie terapeutického indexu, zlepšená stabilita činidla, selektívne pasívne zacielenie a zníženie toxicity prepravovaného činidla. Rozdiely v zložení lipozómov, jednotnosť musí byť pozorovaná od šarže k šarži. Obavy z nejednotnosti výrobného procesu lipozómov vo veľkých množstvách vedú k zvýšeným nákladom na výrobu lipozómov. Budúci výskum v tomto smere povedie k dostupným nákladom na lipozomálne systémy na dodávanie liečiv. Vychytávanie lipozómov retikuloendotelovým systémom stále potrebuje ďalší výskum. Spôsob podávania lipozómov je rôzny; hoci viac nedávnych štúdií sa zameriava na lipozómy ako očkovanie alebo intranazálny spôsob podávania liečiva, výskum v oblasti bezpečnej cesty podávania liečiva je zaručený.

Hoci lipozómy majú veľa problémov, stále podávanie liečiv na báze lipozómov na liečbu AD ukazuje sľubnú a potenciálnu možnosť liečby na spomalenie progresie patogenézy AD. Variácie v lipozómoch a modifikácia umožňujú špecifické zacielenie na prekročenie krvnej mozgovej bariéry a dosiahnutie cieľovej oblasti v mozgu. Očakáva sa, že budúci výskum bude smerovať k vývoju multifunkčných lipozómov, ktoré môžu byť zamerané na viac ako jeden aspekt mozgovej patológie. Na bezpečné podávanie systému na dodávanie lipozomálnych liečiv sú tiež potrebné ďalšie stratégie a výskum.

Cistanche lieči Alzheimerovu chorobu.