shkolaput.ru 1 2 3 4


УДК 615.015:546.621:611.08-006 На правах рукописи


Бекенова Айнур Ордабаевна


Фармакокинетические подходы к оптимизации наночастиц, ассоциированных с алюминиевым комплексом фталоцианина


14.00.25 – фармакология, клиническая фармакология


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук


Республика Казахстан

А


стана, 2009

Работа выполнена в Национальном центре биотехнологии Республики Казахстан


Научные руководители доктор медицинских наук, профессор

Гуляев А.Е.


доктор фармацевтических наук, профессор

Абдуллабекова Р.М.


Официальные оппоненты доктор медицинских наук, профессор

Мусин М.Н.


доктор медицинских наук

Омарова И.М.


Ведущая организация Западно - Казахстанский государственный

медицинский университет им. М. Оспанова


Защита состоится « 27 » июня 2009 года в « 12 00 » на заедании диссертационного совета Д 53.47.05 в Национальном центре биотехнологии Республики Казахстан по адресу: 010000, г. Астана, ул. Валиханова, 43.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального центра биотехнологии Республики Казахстан


Автореферат разослан « 26 » мая 2009 года


Ученый секретарь

Диссертационного совета,

д


октор медицинских наук, профессор Б.А. Ермекбаева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Один из первых зарегистрированных случаев парентерального введения лекарств, относится к середине 19-го столетия, когда Александр Вуд сообщил о введении морфия в подкожный узел для лечения невралгии [By Ijeoma F., Uchegou B, 1999]. С той поры произошел определенный прогресс, который заключался в создании систем предназначенных для активного транспорта лекарств, где в качестве векторов используют антитела, факторы роста, липопротеины и т.п. [Maeda H. 1994; Duncan R., Dimitrijevic S., Evagorov E.G.,1996; Kopecek J., et. al., 2000] или создании систем для пассивно направленного транспорта лекарств, так называемых, наноносителей (липосом, полимерных наночастиц, ниосом, полимерных мицелл и др.) [Каплун А.П. и др., 1999; Majeti N. V. Ravi Kumar, 2000; Wei L. et.al., 2009; Möllmann U. et al., 2009].


Системы активного транспорта лекарств нашли свое применение в экспериментальной и клинической онкологии [Debbage P. 2009]. Для осуществления такого транспорта используют высокоспецифичные механизмы, основанные на взаимодействии лиганда-вектора, входящего в состав системы, с рецепторами на поверхности опухолевых клеток. Однако нередко рецепторы к этим лигандам могут присутствовать и в здоровых клетках, поэтому такие системы не всегда обладают достаточной специфичностью, хотя и проявляют высокую цитотоксичность в опытах in vitro.

Отсутствие селективно действующих лекарств, вероятно, объясняется отсутствием точных представлений о различиях между здоровыми и опухолевыми клетками. В тоже время известно, что опухоль характеризуется рядом особенностей, например, повышенной проницаемостью кровеносных сосудов, нарушенным лимфодренажем и др., которые способствуют проникновению и накоплению в ней макромолекул. Представление об этих особенностях в сочетании со знанием физико-химических свойств макромолекул легло в основу концепции о возможности осуществления пассивно направленного транспорта цитотоксических агентов в опухоль с помощью наноносителей [Marin J.J. et al., 2009]. Одновременно в литературе появились сообщения об использовании данного варианта транспорта для доставки антибиотиков в очаг микробного воспаления, расположенный в труднодоступных местах, например в головном мозге [Agarwal A., et al., 2009]. Наиболее перспективными носителями лекарств в системе пассивного направленного транспорта считают полимерные наночастицы [Kreuter J. 1994]. Создается представление, что собственно наночастицы, как транспортная форма, определяют фармакокинетику связанного с ними лекарства и особенности самого лекарства не отражаются существенно на процессе распределения его в организме.


Хотя наночастицы корректируют в нужном направлении распределение лекарств, типичная фармакокинетика их в организме не при всех обстоятельствах является оптимальной. Так, во многих случаях избыточное накопление наночастиц в печени или селезенке не является желательным [Kreuter J. 1994]. Требуется модификация процесса фармакокинетики.

Потребность в модификации фармакокинетики наночастиц возникает, в частности, в онкологии при внедрении нового метода – фотодинамической терапии рака. Для этого перспективного метода лечения типично избыточное накопление фотосенсибилизатора, ассоциированного с наночастицами, в коже, как следствие – ожоги. Поверхностная модификация полимерных наночастиц позволяет целенаправленно изменять их свойства и использовать для транспорта лекарств и диагностических средств Торчилин В.П., Трубецкой В.С., 1994; Moghimi M.S., et al., 2001.

Основная цель такой модификации - повышение стабильности и времени циркуляции наночастиц, регулирование их распределения в организме (биораспределения), придании им направленного действия и некоторых специфических свойств.

Для решения этих задач используют различные модифицирующие агенты, наиболее важными из которых являются антитела, их фрагменты, белки, моно -, олиго- и полисахариды, хелатирующие агенты, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТК), диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПК), дефероксамин, а также синтетические водорастворимые полимеры или поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Независимо от конкретного назначения, изменение свойств поверхности наночастиц сопровождается появлением интересных теоретических, экспериментальных и практических проблем, связанных с доступностью поверхности наночастиц для взаимодействующих с ней веществ.

Присутствие некоторых ПАВ или полимеров на поверхности наночастиц может изменять не только физико-химические, но и биологические свойства, в частности распределение наночастиц в организме. Расширяет возможности направленного транспорта наночастиц их обработка различными сурфактантами, покрытиями поверхности. Установлено, что имеется вероятность существенного изменения фармакокинетики в зависимости от вида сурфактанта [Sarker D.K., et al., 2009; Zou W., et al., 2009]. Это достаточно убедительно демонстрируют M.L. Schipper и др. [Schipper M.L., et al., 2009] на примерах с различными вариантами полиэтиленгликоля (ПЭГ), когда им удалось изменить распределение в ретикулоэндотелиальную систему полимерных наночастиц. Или М. Ahmed и др. [Ahmed M., et al., 2008], когда было показано изменение фармакокинетики рифампицина, включенного в наночастицы при модификации их поверхности Tween 85. А также С. Peetla и V Labhasetwar [Peetla C., Labhasetwar V.,2009], достигшие того же эффекта с помощью didodecyldimethylammonium bromide (DMAB), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) и dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB).


В свете такого понимания проблемы тему настоящей работы, посвященной анализу явлений, возникающих в результате модификации поверхности наночастиц, ассоциированных с фотосенсибилизатором биосовместимыми ПАВ, можно признать актуальной.

Цель работы

Определить возможность оптимизации фармакокинетики наночастиц, ассоциированных с алюминиевым комплексом фталацианина с помощью биосовместимых поверхностно активных веществ.

Задачи исследования

В соответствии с целью исследования в работе были поставлены следующие задачи:

1 Исследовать фармакокинетику алюминиевого комплекса фталоцианина при однократном внутривенном введении.

2 Исследовать фармакокинетику наночастиц, ассоциированных с алюминиевым комплексом фталоцианина при однократном внутривенном введении.

3 Провести скрининг биосовместимых ПАВ для выявления оптимального модификатора поверхности наночастиц с позиции фармакокинетики.

4 Определить влияние на фармакокинетику наночастиц, ассоциированных с алюминиевым комплексом фталацианина модификатора поверхности наночастиц - плюроника F68.

Научная новизна работы

Уточнены и дополнены параметры фармакокинетики алюминиевого комплекса фталацианина - фармакологического соединения, проходящего клинические испытания в качестве средства для фотодинамической терапии рака. Изучена фармакокинетика новой лекарственной формы алюминиевого комплекса фталацианина, где в качестве средства доставки использовали полимерные наночастицы. Определен путь снижения фототоксичности алюминиевого комплекса фталацианина в коже за счет включения соединения в состав полимерных наночастицами.

Определена возможность оптимизации фармакокинетики наночастиц, ассоциированных с алюминиевым комплексом фталацианина в результате использования плюроника F 68.

Положения, выносимые на защиту:

1 В результате ассоциации наночастиц с алюминиевым комплексом фталоцианина наблюдалось изменение фармакокинетики этого соединения в организме у крыс. Алюминиевый комплекс фталоцианина, введенный в составе наночастиц, быстро выводится из крови и депонируется в печени и селезенке.


2 Использование наночастиц существенно снижает накопление алюминиевого комплекса фталоцианина в коже крыс – основной ткани, где наблюдаются побочные фототоксические реакции при проведении фотодинамической терапии рака в клинике.

3 В результате модификации наночастиц ПАВ фармакокинетика алюминиевого комплекса фталоцианина меняется: повышается уровень концентрации соединения в крови, сердце и коже и существенно снижается в печени селезенке крыс.

4 Плюроник F 68 (модификатор поверхности наночастиц), определен оптимальным для изменения фармакокинетики алюминиевого комплекса фталацианина в организе у крыс.

Практическая ценность работы

Полученные данные о результатах фармакокинетической интерференции коллоидной системы наночастиц с алюминиевым комплексом фталоцианина могут являться предиктором при прогнозировании в клинике терапевтических и побочных эффектов при проведении фотодинамической терапии рака.

При проведении исследований в области создания и применения систем направленного транспорта целесообразно модифицировать поверхность наночастиц биосовместимыми ПАВ с целью повышения уровня концентрации лекарственных препаратов в крови и снижения их концентрации в органах системы мононуклеарных фагоцитов.

Апробация работы

Основные положения работы доложены на международной научно-практической конференции «Проблемы клинической и теоретической медицины» (Шымкент, 2007), научно-практической конференции «Актуальные вопросы образования, науки и производства в фармации» (Ташкент, 2008), XVI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2009), международной научно-практической конференции: «Фармация Казахстана: интеграция науки, образования и производства», посвященной 30-летию химико-фармацевтического факультета, (Шымкент, 2009).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 5 статей, 4 тезиса.

Структура и объем диссертационной работы


Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендации и списка литературы. Работа представлена на 92 страницах, содержит 29 рисунков, 17 таблиц и 2 схемы. Список литературы состоит из 145 наименований.

Основная часть

В обзоре рассмотрены основные принципы конструирования лекарственных средств на основе наночастиц (липосом и полимерных наночастиц). Особое внимание уделено липосомам, так как именно в этой области достигнуты наибольшие успехи. Освящено современное состояние в наиболее интенсивно развивающихся областях: создание антиканцерогенных и антибактериальных препаратов на основе наночастиц, генная терапия, вакцины. В обзоре литературы приведен материал, раскрывающий состояние, задачи и перспективы в области модификации поверхности наночастиц. Несмотря на то, что доставка лекарственных соединений при помощи модифицированных наноночастиц в органы или клетки-мишени еще не имеет широкого применения в клинической практике, есть результаты исследований, в том числе и клинические, подтверждающие перспективность такого подхода. Следует отметить, что особые успехи на доклиническом и клиническом уровнях достигнуты при разработке препаратов на основе модифицированных липосом. Такие системы используют для лечения опухолей различного генеза, а также инфекционных заболеваний. При этом только сегодня начинают вырисовываться возможности и ограничения данного вида лечения.

Материал и методы исследования

Материалом экспериментального исследования послужили Алюминиевый комплекс фталоцианина представляет собой смесь натриевых солей ди-, три- и тетрасульфопроизводных фталоцианина алюминия (синоним – фотосенсибилизатор). Препарат синтезирован и любезно предоставлен д.х.н. Е.А. Лукьянцом и к.х.н. В.М. Дергачевой, ГНЦ РФ «НИОПИК», г. Москва.

Для модификации поверхности наночастиц из поли-н-бутилцианоакрилата использовали следующие поверхностно-активные вещества (ПАВ): полисорбат 80 (Polysorbate 80 (Essen, Germany)), плюроник F-68 (Pluronic F 68 (Dusseldorf-Hafen, Germany)), полоксамер 407 (Poloxamer 407 (Dusseldorf-Hafen, Germany)) и полоксамин 908 (Poloxamine 908 (Krefeld, Germany)).


В работе описываются результаты, полученные в следующих сериях опытов:

1 Алюминиевый комплекс фталоцианина (54 крысы);

2 Алюминиевый комплекс фталоцианина, ассоциированный с полимерными наночастицами (54 крысы);

3 Алюминиевый комплекс фталоцианина, ассоциированный с наночастицами модифицированными полисорбатом 80 (48 крыс);

4 Алюминиевый комплекс фталоцианина, ассоциированный с наночастицами модифицированными полоксамером 407 (48 крыс);

5 Алюминиевый комплекс фталоцианина, ассоциированный с наночастицами модифицированными полоксамином 908 (48 крыс);

6 Алюминиевый комплекс фталоцианина, ассоциированный с наночастицами модифицированными плюроником F-68 (54 крыс).

В опыте использовали 306 белых беспородных крыс обоего пола массой 180–220 г. Животных содержали на обычном пищевом рационе, включающем сухой гранулированный корм централизованного производства.

Полимерные наночастицы получали методом эмульсионной полимеризации поли-н-бутилцианоакрилата. Для включения препарата в полимерные наночастицы модифицировали метод Кувре, наночастицы характеризовались узким распределением по размерам, которое носит унимодальный характер (работа по синтезу наночастиц из поли-н-бутилцианоакрилата проводилась под руководством ведущего научного сотрудника НИИ медицинской экологии (Москва), к.х.н. Гельпериной С.Э).

Все варианты сенсибилизатора вводили однократно в хвостовую вену крыс в дозе 15 мг/кг. Выбор дозы основан на данных литературы, где большинство исследователей использовали дозы фотосенсибилизаторов от 5 до 20 мг/кг.

Через 0,08; 0,5; 1,0; 3,0; 6,0; 9,0; 15,0; 24,0 и 48,0 ч опытных животных умерщвляли путем декапитации. В опыте изучали кинетику распределения всех вариантов фотосенсибилизатора в крови, печени, легких, селезенке, почках, мышечной ткани, коже, сердце и головном мозге.

Концентрацию фотосенсибилизатора определяли спектрофлуориметрическим методом (Spectrofluorimeter FP-550 Jasco, Япония) при длине волны возбуждения 680 нм и длине волны испускания 685 нм.


Для характеристики фармакокинетики всех вариантов фотосенсибилизатора в крови, органах и тканях крыс рассчитывали следующие параметры: интегральный показатель площади под фармакокинетической кривой (AUC), среднее время удерживания препарата (MRT), период полувыведения (T½ b), константа элиминации (Kel), общий клиренс (Cl). Для характеристики эффективности проникновения всех вариантов фотосенсибилизатора из крови в органы и ткани рассчитывали коэффициент тканевой доступности (F) как отношение AUC данной ткани к AUC крови. Расчеты проводили по программе FARM [Холодов Л.Е., Дорохов В.В., 1989] на персональном компьютере IBM Pentium III.

Во всех случаях рассчитывали среднюю арифметическую величину, стандартную ошибку средней и показатель различия средних при уровне вероятности p=95%

В нашем исследовании фармакокинетика ФЦ и ФЦ-НЧ описывались в рамках двучастевой математической модели.


Результаты исследований

Было установлено, что фармакокинетический профиль свободного Результат однократного внутривенного введения свободного ФЦ и ФЦ-НЧ крысам в дозе 15 мг/кг представлен на (рисунок 1).



Рисунок 1 - Уровень флуоресцентной метки в сыворотке крови крыс (n=6)


Алюминиевый комплекс фталоцианина (ФЦ) в крови был биэкспоненциальным. Расчетные кинетические параметры характеризовалась высокими константами периода полувыведения (T½) и среднего времени удерживания (MRT) 20,71,6 ч-1 и 28,92,2 ч-1, соответственно (таблица 1). По-видимому, свободный ФЦ вступал во взаимодействие с белками крови. Элиминация свободного ФЦ из крови идет крайне медленно. Интегральный показатель площади под фармакокинетической кривой (AUC), чрезвычайно высок и достигал значения в 625,0±27 мкг/мл/час

Таблица 1 - Основные параметры фармакокинетики свободного


фотосенсибилизатора, n=6


Орган

Основные константы фармакокинетики



(час)

MRT

(час)

Cl


(мл/мин)

V1

(л)

AUC

(С×t)

Свободный фотосенсибилизатор (флуоресцентная метка)

Плазма


20,70±1,6

28,9±2,2

0,40±0,02

0,35±0,01

625,0±27,0

Печень


28,40±3,2

41,3±4,6

0,56±0,033

1,37±0,07

449,0±27,0

Селезенка


30,60±0,9

44,1±1,3

0,88±0,02

2,32±0,01

285,0±7,0

Легкое


18,0±1,6

25,9±2,4

1,22±0,10

1,90±0,02

204,0±16,0

Почки


15,90±1,5

23,0±2,1

1,48±0,09

2,04±0,06


169,0±11,0

Сердце


23,70±1,6

34,2±1,4

4,08±0,12

8,36±0,09

61,30±1,80

Мышцы


29,20±1,3

42,1±1,8

4,07±0,11

10,30±0,20

61,50±1,60

Кожа


10,5±0,6

15,1±0,9

2,03±0,09

1,84±0,03

123,0±5,0

Головноймозг


5,75±0,68

8,31±0,99

40,10±3,90

20,0±0,40

6,23±0,61



следующая страница >>