Nanonośniki

Liposomy to złożone struktury zbudowane z fosfolipidów i mogą zawierać niewielkie ilości innych cząsteczek. Chociaż liposomy mogą różnić się rozmiarem od małego zakresu mikrometrów do dziesiątek mikrometrów, jednowarstwowe liposomy, jak pokazano tutaj, są zazwyczaj w mniejszym zakresie rozmiarów z różnymi ligandami kierującymi przyczepionymi do ich powierzchni, co pozwala na ich przyczepianie się do powierzchni i gromadzenie się w obszarach patologicznych do leczenia choroby.

Polimeryczna micela obciążona lekami utworzona z samoorganizacji amfifilowych kopolimerów blokowych w środowisku wodnym.

Micele polimerowe obciążone lekami o różnych funkcjach kierowania. (A) Micele ukierunkowane na przeciwciała (B) Micele ukierunkowane na ligand (C) Micele z funkcją penetracji komórek.

Nanonośnik to nanomateriał używany jako moduł transportowy dla innej substancji, takiej jak lek . Do powszechnie stosowanych nanonośników należą micele , polimery , materiały na bazie węgla, liposomy i inne substancje. Nanonośniki są obecnie badane pod kątem ich zastosowania w dostarczaniu leków, a ich unikalne właściwości wskazują na potencjalne zastosowanie w chemioterapii . Ta klasa materiałów została po raz pierwszy opisana przez zespół naukowców z University of Évora w Alentejo na początku lat sześćdziesiątych i od tego czasu zyskał na znaczeniu.

Charakteryzacja

Nanonośniki mieszczą się w zakresie średnic od 1 do 1000 nm, jednak ze względu na szerokość mikrokapilar wynoszącą 200 nm, nanomedycyna często odnosi się do urządzeń <200 nm. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary nanonośniki mogą dostarczać leki do niedostępnych w inny sposób miejsc w ciele. Ponieważ nanonośniki są tak małe, często trudno jest za ich pomocą dostarczyć duże dawki leków. Techniki emulsyjne stosowane do wytwarzania nanonośników również często skutkują niskim obciążeniem lekiem i kapsułkowaniem leku, co stwarza trudności w zastosowaniu klinicznym.

typy

Odkryte nanonośniki obejmują koniugaty polimerowe, nanocząstki polimerowe, nośniki lipidowe, dendrymery , nanorurki węglowe i nanocząsteczki złota. Nośniki na bazie lipidów obejmują zarówno liposomy, jak i micele. Przykładami nanocząstek złota są złote nanopowłoki i nanoklatki . Różne typy nanomateriałów stosowane w nanonośnikach pozwalają na hydrofobowość i hydrofilowość leki dostarczane do organizmu. Ponieważ ludzkie ciało zawiera głównie wodę, zdolność do skutecznego dostarczania leków hydrofobowych u ludzi jest główną korzyścią terapeutyczną nanonośników. Micele mogą zawierać leki hydrofilowe lub hydrofobowe, w zależności od orientacji fosfolipidów . Niektóre nanonośniki zawierają układy nanorurek, dzięki czemu mogą zawierać zarówno leki hydrofobowe, jak i hydrofilowe.

Jednym z potencjalnych problemów związanych z nanonośnikami jest niepożądana toksyczność rodzaju stosowanego nanomateriału. Nieorganiczny nanomateriał może być również toksyczny dla organizmu człowieka, jeśli gromadzi się w określonych organellach komórkowych. Prowadzone są nowe badania mające na celu wynalezienie skuteczniejszych i bezpieczniejszych nanonośników. białkowe są obiecujące pod względem terapeutycznym, ponieważ występują naturalnie i generalnie wykazują mniejszą cytotoksyczność niż cząsteczki syntetyczne.

Ukierunkowane dostarczanie leków

Nanonośniki są przydatne w procesie dostarczania leków, ponieważ mogą dostarczać leki do miejsc docelowych, umożliwiając dostarczanie leków do niektórych narządów lub komórek, ale nie do innych. Specyficzność miejsca jest główną korzyścią terapeutyczną, ponieważ zapobiega dostarczaniu leków do niewłaściwych miejsc. Nanonośniki są obiecujące pod względem zastosowania w chemioterapii, ponieważ mogą pomóc zmniejszyć niekorzystną toksyczność chemioterapii na szerszą skalę dla zdrowych, szybko rosnących komórek w organizmie. Ponieważ leki chemioterapeutyczne mogą być niezwykle toksyczne dla ludzkich komórek, ważne jest, aby były dostarczane do guza bez uwalniania do innych części ciała. Cztery metody, w których nanonośniki mogą dostarczać leki, obejmują celowanie pasywne, celowanie aktywne, specyficzność pH i specyficzność temperaturową.

Kierowanie pasywne

Efekt zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR) oraz pasywne celowanie. Nanonośniki mogą przedostawać się do guzów przez szczeliny między komórkami śródbłonka i gromadzić się tam z powodu słabego drenażu limfatycznego.

Celowanie pasywne odnosi się do zdolności nanonośnika do przemieszczania się w dół układu naczyniowego guza , uwięzienia i gromadzenia się w guzie. Ta akumulacja jest spowodowana zwiększoną przepuszczalnością i efektem retencji, który odnosi się do poli(tlenku etylenu) (PEO) na zewnątrz wielu nanonośników. PEO pozwala nanonośnikom podróżować przez nieszczelne naczynia guza, skąd nie są w stanie uciec. Nieszczelny układ naczyniowy guza to sieć naczyń krwionośnych, które tworzą się w guzie, które zawierają wiele małych porów. Pory te przepuszczają nanonośniki, ale zawierają również wiele zagięć, które umożliwiają uwięzienie nanonośników. Gdy więcej nanonośników zostaje uwięzionych, lek gromadzi się w miejscu guza. Ta kumulacja powoduje, że duże dawki leku są dostarczane bezpośrednio do miejsca guza. PEO może również mieć niekorzystny wpływ na interakcje komórka-nanonośnik, osłabiając działanie leku, ponieważ wiele nanonośników musi zostać włączonych do komórek, zanim leki będą mogły zostać uwolnione.

Aktywne kierowanie

Aktywne kierowanie obejmuje włączenie modułów kierujących, takich jak ligandy lub przeciwciała na powierzchni nanonośników, które są specyficzne dla określonych typów komórek w organizmie. Nanonośniki mają tak wysoki stosunek pola powierzchni do objętości, że na ich powierzchni można umieścić wiele ligandów. Te moduły nakierowujące pozwalają na wprowadzanie nanonośników bezpośrednio do komórek, ale mają też pewne wady. Ligandy mogą powodować, że nanonośniki stają się nieco bardziej toksyczne ze względu na niespecyficzne wiązanie, a dodatnie ładunki ligandów mogą zmniejszać skuteczność dostarczania leku do wnętrza komórek. Wykazano, że aktywne celowanie pomaga przezwyciężyć oporność wielolekową w komórkach nowotworowych.

Specyficzność pH

Niektóre nanonośniki uwalniają zawarte w nich leki tylko w określonym pH zakresy. Specyficzność pH umożliwia również nanonośnikom dostarczanie leków bezpośrednio do miejsca guza. Nowotwory są na ogół bardziej kwaśne niż normalne komórki ludzkie, a ich pH wynosi około 6,8. Normalna tkanka ma pH około 7,4. Nanonośniki, które uwalniają leki tylko w określonych zakresach pH, ​​mogą być zatem stosowane do uwalniania leku tylko w kwaśnym środowisku guza. Środowisko silnie kwaśne powoduje uwalnianie leku z powodu kwaśnego środowiska degradującego strukturę nanonośnika. Te nanonośniki nie uwalniają leków w środowiskach neutralnych lub zasadowych, skutecznie celując w kwaśne środowiska guzów, pozostawiając normalne komórki ciała nietknięte. Ta wrażliwość na pH może być również indukowana w systemach micelarnych przez dodanie kopolimeru do miceli, które, jak ustalono, działają w sposób niezależny od pH. Te kompleksy micela-polimer pomagają również zapobiegać powstawaniu wielolekooporności komórek nowotworowych. Środowisko o niskim pH wyzwala szybkie uwalnianie polimerów micelarnych, powodując uwalnianie większości leku na raz, a nie stopniowo, jak w przypadku innych terapii lekowych. Ten mechanizm szybkiego uwalniania znacznie skraca czas potrzebny lekom przeciwnowotworowym do zabicia guza, skutecznie zapobiegając mutacjom, które uczyniłyby go lekoopornym.

Specyficzność temperaturowa

Wykazano również, że niektóre nanonośniki skuteczniej dostarczają leki w określonych temperaturach. Ponieważ temperatury guza są na ogół wyższe niż temperatury w pozostałej części ciała, około 40°C, ten gradient temperatury pomaga działać jako zabezpieczenie dla dostarczania do miejsca specyficznego dla guza.

Używa

Większość badań nad nanonośnikami dotyczy ich potencjalnego zastosowania w dostarczaniu leków, zwłaszcza w chemioterapii. Ponieważ nanonośniki mogą być wykorzystywane do ukierunkowania na małe pory, niższe pH i wyższe temperatury guzów, mogą one potencjalnie obniżyć toksyczność wielu leków stosowanych w chemioterapii. Ponadto, ponieważ prawie 75% leków przeciwnowotworowych jest hydrofobowych, a zatem wykazują trudności w dostarczaniu do komórek ludzkich, zastosowanie miceli do stabilizacji i skutecznego maskowania hydrofobowego charakteru leków hydrofobowych stwarza nowe możliwości dla hydrofobowych leków przeciwnowotworowych.