Wyspecjalizowane nanocząstki dostarczą lek do chorych komórek

Wyspecjalizowane nanocząstki
dostarczą lek do chorych komórek
Wykorzystanie nanocząstek (drobin o nanometrowych rozmiarach) w
medycynie klinicznej jest obiecującym, alternatywnym sposobem
dostarczania substancji leczniczych, które ze względu na swoje
właściwości fizykochemiczne nie mogą być podawane klasycznymi
metodami. Inżynieria materiałowa dąży do stworzenia bezpiecznych
cząstek, które będą efektywnie dostarczały duże dawki leku do docelowych
komórek ludzkiego organizmu nie będąc jednocześnie degradowanymi
przez układ immunologiczny.
Naturalną przeszkodą napotykaną przez leki podawane zarówno doustnie,
domięśniowo jak i dożylnie są błony biologiczne. Z tego powodu największe straty
podanej substancji czynnej zachodzą na etapie jej wchłaniania i dystrybucji do
miejsca działania. Jest to spowodowane właściwościami błon komórkowych,
których składniki lipidowe tworzą barierę przepuszczalności. Właściwości
hydrofobowe fosfolipidowej błony komórkowej oraz potencjał błonowy nie
pozwalają wnikać do komórki dużym oraz silnie zjonizowanym cząsteczkom.
Dlatego tak wiele mówi się o nowoczesnych systemach dostarczania leków do
komórek.
Idealny system dostarczania leków powinien być zdolny do przenoszenia
zróżnicowanych chemicznie substancji w dużych ilościach, ponadto powinien
cyrkulować we krwi przez dostatecznie długi czas bez eliminacji ze strony
systemu immunologicznego. Ostatnią, lecz nie mniej ważną cechą, jest
specyficzność względem docelowych komórek i zdolność omijania zdrowych (np.
wiązanie do komórek w zmienionych nowotworowo tkankach).
Większość spośród znanych nanocząstek, które znalazły już zastosowanie w
leczeniu to technologie oparte na bazie liposomów. Liposomy są to pęcherzyki
zbudowane z podwójnej warstwy lipidowej otaczającej rdzeń wodny. Skład tych
lipidów może być bardzo zbliżony do kompozycji naturalnych błon biologicznych.
W ich wnętrzu można zamykać substancje hydrofilowe jak i lipofilowe. Przewaga
liposomów nad wolnym lekiem polega na tym, że mogą one ulegać fuzji z błoną
plazmatyczną wielu rodzajów komórek, wprowadzając do nich swoją zawartość.
Dodatkową zaletą liposomów jest niska immunogenność (stopień wywoływania
reakcji immunologicznej) oraz długi czas cyrkulacji we krwi. Pomimo, iż o
liposomach wiadomo już bardzo dużo, istnieją wciąż pewne ograniczenia w ich
wytwarzaniu. Dwuwarstwy fosfolipidowe mogą bowiem występować w fazie
płynnej, w której lipidy swobodnie przemieszczają się wzdłuż płaszczyzny albo w
fazie żelowej z ograniczoną mobilnością lipidów. Kompozycja lipidów sprzyjająca
powstaniu szczelnych liposomów nadaje im postać sztywnej żelowej otoczki.
Natomiast umieszczając na powierzchni liposomu cząsteczki sygnałowe (np.
peptydy specyficznie wiążące receptory znajdujące się na powierzchni chorych
komórek) zależy nam na kompozycji płynnej, aby mogły one przemieszczać się
wzdłuż pęcherzyka zwiększając tym samym powierzchnię kontaktu.
Biorąc pod uwagę wspomniane kryteria — dlaczego by nie pójść jeszcze dalej?
Zespół badawczy Jeffrey’a Brinkera z University of New Mexico zaprezentował
niedawno w Nature Materials nowy rodzaj złożonych nanocząstek, będących
hybrydą pomiędzy klasycznym liposomem a porowatą cząstką krzemową. W ten
sposób wykorzystano zalety liposomów ulepszając je pod względem stabilności
oraz selektywności. Udało im się wyprodukować krzemowy rdzeń wypełniony
różnorodnymi substancjami — to w nim miałby się znajdować potencjalny lek.
Krzemowa cząstka porowata pokrywana jest następnie otoczką z płynnej
dwuwarstwy lipidowej, zapewniającej swobodny ruch umieszczonych na jej
powierzchni cząsteczek sygnałowych. Pozwala to na użycie małej liczby tych
cząsteczek, co nie wywoływałoby wzmożonej odpowiedzi ze strony układu
immunologicznego, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej selektywności.
Oddziaływania pomiędzy rdzeniem a otoczką lipidową zapewniają szczelność
nanocząstek i stabilność wobec składników krwi. Cząstki krzemowe mogą okazać
się idealnym systemem przenoszenia dużych dawek leku, który absorbowany
zostaje wewnątrz rozległej powierzchni porowatej rdzenia. Po wniknięciu do
wnętrza komórki w postaci endosomu, nanocząstki uwalniają lek do cytoplazmy a
rdzeń krzemowy ulega degradacji do kwasu krzemowego, który zostaje usunięty z
organizmu.
Inny ciekawy przykład nano-przenośników leków pochodzi z laboratorium L.
Zhanga z Centrum Onkologii w University of California. Stworzono tam
nanocząstki pozorujące krwinki czerwone. Jako zewnętrzny element nośnika
wykorzystano tu naturalne błony erytrocytów w celu uśpienia czujności systemu
immunologicznego, więcej na ten temat można dowiedzieć się tutaj.
Często pojawiające się doniesienia o nowych systemach przenoszenia leków
świadczą o szybkim tempie w jakim rozwija się ta dziedzina. Nanomedycyna
(kierunek nanotechnologii, gdzie wykorzystuje się nanomateriały w celach
diagnostyki oraz leczenia chorób), poprzez zaawansowane techniki modyfikacji
nanomateriałów pod względem kompozycji, struktury, rozmiaru i kształtu, będzie
dążyć do uzyskania wysoce selektywnych (minimalne efekty uboczne) systemów
dostarczania leków do docelowych komórek.
Agnieszka Gołąb
Często pojawiające się doniesienia o nowych systemach przenoszenia
leków świadczą o szybkim tempie w jakim rozwija się ta dziedzina
Data publikacji: 10.08.2011r.