Nanotechnologia w leczeniu zapalnych chorób oczu – przełomowe badania

Czy nanotechnologia zmienia podejście do leczenia zapalnych chorób oczu?

Badanie przedstawia innowacyjny system dostarczania adalimumabu przy użyciu nanocząstek kwasu poli(mlekowego-ko-glikolowego) (PLGA), opracowany w celu poprawy leczenia zapalnych chorób oczu. Praca ta koncentruje się na projektowaniu, opracowywaniu i charakteryzacji nanocząstek zawierających adalimumab, które mogłyby zapewnić kontrolowane uwalnianie leku w oku.

W badaniu zastosowano metodologię zmodyfikowanej podwójnej emulsji woda/olej/woda (W/O/W) z odparowywaniem rozpuszczalnika do przygotowania dwóch typów nanocząstek: standardowych nanocząstek PLGA z adalimumabem (ADA PLGA NPs) oraz nanocząstek z żelowanym rdzeniem (ADA-GC PLGA NPs). Populację badaną stanowiły samce szczurów Sprague Dawley o wadze około 350 g, którym podawano dooczodołowo znakowane radioaktywnie nanocząstki z adalimumabem w celu oceny farmakokinetyki i dystrybucji leku.

Wyniki charakterystyki fizykochemicznej wykazały, że wszystkie przygotowane nanocząstki PLGA miały jednolity rozkład wielkości (około 270-305 nm) i odpowiedni ujemny ładunek powierzchniowy (około -17 do -21 mV), co wskazuje na stabilność zawiesiny. Analiza morfologiczna za pomocą mikroskopii elektronowej potwierdziła, że nanocząstki były okrągłe, jednolite i miały gładką powierzchnię z wewnętrznym rdzeniem wodnym. Badania wykazały wysoką wydajność enkapsulacji (około 80%) i ładowność leku wahającą się od 2,5% do 10% dla ADA PLGA NPs oraz od 90% do 95% dla ADA-GC PLGA NPs, w zależności od stosunku leku do polimeru.

Jakie właściwości stabilizują i optymalizują działanie nanocząstek?

Testy stabilności wykazały, że nanocząstki zachowują swoje właściwości w różnych warunkach przechowywania, pH i siły jonowej, co wskazuje na ich odporność na zmiany środowiskowe. Analiza różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i termograwimetrii (TGA) potwierdziła amorficzną naturę polimeru PLGA i adalimumabu, bez znaczących zmian w strukturze stałej po enkapsulacji. Badania spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) i dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD) dodatkowo potwierdziły, że nie występują silne interakcje molekularne między polimerem PLGA a adalimumabem, co wskazuje na zachowanie integralności strukturalnej obu składników.

Badania in vitro uwalniania leku wykazały kontrolowany profil uwalniania, osiągający około 60% dla ADA PLGA NPs i 40% dla ADA-GC PLGA NPs na koniec okresu badania, co sugeruje mechanizm uwalniania kontrolowany dyfuzją. Testy toksyczności z wykorzystaniem modelu nieprzezroczystości i przepuszczalności rogówki bydlęcej (BCOP) oraz testu na błonie kosmówkowo-omoczniowej jaja kurzego (HET-CAM) nie wykazały cytotoksyczności nanocząstek, co potwierdza ich bezpieczeństwo dla tkanek oka.

Ocena aktywności biologicznej adalimumabu uwolnionego z nanocząstek PLGA, przeprowadzona za pomocą testu ELISA z użyciem płytek opłaszczonych TNF-α, wykazała wysoką żywotność przeciwciała (ponad 87% ± 4%), co potwierdza, że proces enkapsulacji skutecznie zachowuje aktywność biologiczną adalimumabu.

Kluczowym aspektem badania była ocena farmakokinetyki i dystrybucji nanocząstek in vivo po podaniu do ciała szklistego. Wykorzystując znakowanie radioaktywne (⁸⁹Zr) i obrazowanie PET/CT, badacze zaobserwowali, że nanocząstki ADA-GC PLGA znacząco modyfikowały dystrybucję adalimumabu w oku, krwi i tkankach. W porównaniu z wolnym adalimumabem, nanocząstki wykazywały wolniejsze usuwanie z oka i zmienioną dystrybucję systemową, z mniejszym gromadzeniem się w wątrobie i węzłach chłonnych szyjnych (redukcja o 88% i 86% w AUC), a większym w nerkach.

Czy nanocząstki poprawiają biodystrybucję leku w oku?

Analiza farmakokinetyczna wykazała, że zarówno adalimumab, jak i nanocząstki z adalimumabem wykazywały dwuwykładniczy spadek aktywności w czasie. Dopasowanie do modelu dwukompartmentowego wykazało, że nanocząstki charakteryzowały się wolniejszą stałą β i nieco wyższymi wartościami stałej α, co sugeruje, że nanocząstki były szybciej dystrybuowane do tylnej komory oka niż wolny adalimumab, ale z wolniejszą fazą eliminacji.

Analiza farmakokinetyki we krwi wykazała wyraźne różnice między wolnym adalimumabem a nanocząstkami. Nanocząstki z adalimumabem wykazywały znacznie niższe wartości C_max i AUC_0-∞ w porównaniu z wolnym adalimumabem, co sugeruje szybsze usuwanie przeciwciała z krwi, gdy jest ono podawane w formie nanocząstek. Badacze przypisują to brakowi interakcji między adalimumabem zawartym w nanocząstkach a receptorem FcRn komórek śródbłonka naczyniowego, który normalnie chroni przeciwciała przed degradacją i promuje ich recykling.

Autoradiografia potwierdziła, że nanocząstki z adalimumabem gromadziły się głównie w tylnym segmencie oka (73,41% ± 6,09%), z mniejszą dystrybucją do przedniego segmentu (26,58% ± 0,9%), co sugeruje ich potencjał w leczeniu chorób siatkówki. Badania wykazały również, że nanocząstki mogą omijać układ siateczkowo-śródbłonkowy i wątrobę, co może zmniejszać immunogenność przeciwciała wynikającą z długiego utrzymywania się we krwi.

Wyniki badania sugerują, że opracowane nanocząstki PLGA z adalimumabem mogą stanowić obiecującą platformę do kontrolowanego dostarczania tego przeciwciała monoklonalnego w leczeniu zapalnych chorób oczu, potencjalnie poprawiając skuteczność terapeutyczną poprzez wydłużenie czasu obecności leku w miejscu docelowym i zmniejszenie częstotliwości podawania.

Podsumowanie

Badanie przedstawia innowacyjny system dostarczania adalimumabu z wykorzystaniem nanocząstek PLGA, który został opracowany w celu usprawnienia leczenia zapalnych chorób oczu. Nanocząstki charakteryzowały się jednolitym rozmiarem 270-305 nm, odpowiednim ładunkiem powierzchniowym i wysoką wydajnością enkapsulacji sięgającą 80-95%. Wykazano ich stabilność w różnych warunkach oraz brak cytotoksyczności. Testy in vitro potwierdziły kontrolowane uwalnianie leku i zachowanie jego aktywności biologicznej na poziomie ponad 87%. Badania in vivo wykazały, że nanocząstki modyfikowały dystrybucję adalimumabu, zapewniając wolniejsze usuwanie z oka i zmniejszone gromadzenie się w wątrobie i węzłach chłonnych. Nanocząstki PLGA z adalimumabem mogą stanowić skuteczną platformę terapeutyczną, potencjalnie redukując częstotliwość podawania leku i poprawiając efektywność leczenia zapalnych chorób oczu.