Dostarczanie leków na bazie liposomów jako potencjalna opcja leczenia choroby Alzheimera

ali.ma@wecistanche.com

Carely Hernandez, Surabhi Shukla*

Abstrakcyjny

Choroba Alzheimerajest stanem neurodegeneracyjnym prowadzącym do atrofii mózgu i pozbawiającym prawie 5,8 miliona osób w Stanach Zjednoczonych w wieku 65 lat i starszych z ich funkcji poznawczych.Choroba Alzheimerachorobawiąże się z demencją i postępującym spadkiem pamięci, myślenia i umiejętności społecznych, ostatecznie prowadząc do punktu, w którym jednostka nie może już samodzielnie wykonywać codziennych czynności. Obecnie dostępne na rynku leki czasowo łagodzą objawy, jednak nie są skuteczne w spowalnianiu postępu choroby Alzheimera. Leczenie i kuracje zostały ograniczone ze względu na trudności w dostarczaniu leku do bariery krew-mózg. Kilka badań doprowadziło do identyfikacji pęcherzyków transportujących niezbędne leki przez barierę krew-mózg, które zazwyczaj nie docierałyby do docelowego obszaru za pomocą leków podawanych ogólnoustrojowo. Ostatnio liposomy pojawiły się jako skuteczny środek dostarczający leki do transportu leków, które nie są w stanie przekroczyć bariery krew-mózg. Liposomy są wykorzystywane jako składnik nanocząsteczkowego dostarczania leków; ze względu na ich biokompatybilny charakter; i posiadanie zdolności do przenoszenia zarówno lipofilowych, jak i hydrofilowych środków terapeutycznych przez barierę krew-mózg do komórek mózgowych. Badania wskazują na znaczenie liposomalnego dostarczania leków w leczeniu zaburzeń neurodegeneracyjnych. Chodzi o to, aby kapsułkować leki wewnątrz odpowiednio skonstruowanego liposomu, aby wygenerować odpowiedź na leczenie. Liposomy są projektowane tak, aby celowały w określone chore ugrupowania, a także prowadzi się badania nad kilkoma modyfikacjami powierzchni liposomów, aby stworzyć kliniczną ścieżkę do leczenia choroby Alzheimera. Ta recenzja dotyczyChoroba Alzheimerachorobai podkreślają wyzwania związane z dostarczaniem leków do mózgu oraz jak dostarczanie liposomalek może odgrywać ważną rolę jako metoda dostarczania leków w leczeniu choroby Alzheimera. Przegląd ten rzuca również pewne światło na zmienność liposomów. Ponadto kładzie nacisk na preparaty liposomalne, które są obecnie badane lub stosowane w leczeniuChoroba Alzheimerachorobaa także omawia przyszłe perspektywy dostarczania leków na bazie liposomów w chorobie Alzheimera.
Słowa kluczowe: choroba Alzheimera; beta-amyloid; bariera krew-mózg; dostarczanie mózgu; systemy dostarczania leków; kapsułkowane leki; liposomy; nanocząstki; choroby neurodegeneracyjne; PEGylacja; ukierunkowana dostawa; tau

Kliknij na Cistanche tubulosa i Cistanche deserticola ma na chorobę Alzheimera

Wstęp

Choroba Alzheimera(AD) jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym powodującym problemy z pamięcią, rozumowaniem i oceną. Obecnie nie ma dostępnego leczenia ani lekarstwa na AD. Dostępne leki tylko pomagają w radzeniu sobie z objawami. Diagnoza AD obejmuje pozytonową tomografię emisyjną w celu zidentyfikowania akumulacji białka beta-amyloidowego jednego z białek sprawczych, które mogą powodować atrofię mózgu związaną z AD (Varghese, 2005; Kassem i wsp., 2020). Pacjenci z AD stanowią ponad 5 milionów Amerykanów w 2019 r., szacując tę ​​liczbę na 16 milionów Amerykanów do 2050 r. Obecnie AD jest szóstą najważniejszą przyczyną zgonów w Stanach Zjednoczonych. Koszt opieki nad chorobą Alzheimera w Stanach Zjednoczonych w 2018 r. przekroczył 277 miliardów dolarów (Kassem i in., 2020; brak autora wymienionego, 2020). Pacjenci żyjący z AD w późnych stadiach cierpią na powikłania, takie jak trudności w zmianie pozycji fizycznej, wymaganie wsparcia w poruszaniu się, znaczny przyrost lub utrata masy ciała, stopniowa utrata mowy oraz znaczne trudności z krótko- i długoterminowym zatrzymaniem (brak autorów na liście, 2020). Fizjologicznie niezdrowy mózg dorosłego człowieka obejmuje około 100 miliardów neuronów. Neurony składają się z długich rozgałęzień umożliwiających połączenia między innymi neuronami; połączenia te są znane jako synapsy. Synapsy uwalniają gwałtowne zmiany substancji chemicznych, które przesuwają się z jednego neuronu i są identyfikowane przez inny neuron (Vermunt i wsp., 2019; autor nie wymieniony, 2020; Zameer i wsp., 2020). Około 100 bilionów synaps odpowiada za obwody neuronalne mózgu; te obwody są tym, co tworzy komórkowy fundament wspomnień, myśli, percepcji, uczuć, ruchu i umiejętności poznawczych (Vermunt i in., 2019). OGŁOSZENIE. Fizjologiczny ogień wsteczny jest spowodowany przez dwa białka beta-amyloidu i tau (Liet al., 2020; brak autora wymienionego, 2020). AD występuje poprzez nagromadzenie fragmentów białkowych znanych jako sploty płytek beta-amyloidowych białka znanego jako tau (Vermunt i wsp., 2019). Te nagromadzenia hamują zdolność neuronów do prowadzenia niezbędnych połączeń, które mogłyby prowadzić do przywoływania pamięci. Blaszki amyloidowe otaczają zdrowe neurony, utrudniając im łączenie się ze sobą. Blaszki beta-amyloidowe poprzedzone oligomerami prowadzą do zniszczenia i śmierci neuronów; czyniąc je niezdolnymi do przetwarzania synapsy (Ostro i Cullis, 1989; Vermunt i in., 2019). Oligomery to powtarzające się kopie podobnych lub identycznych małych cząsteczek. Oligomery mają tendencję do rozwoju we wczesnym początku AD, przed rozwojem blaszek beta-amyloidowych. Oligomery beta-amyloidu zostały zidentyfikowane jako najbardziej toksyczna grupa beta-amyloidu (Harilal i wsp., 2019; brak autorów na liście, 2020). Istnieje kilka badań i prób klinicznych w celu lepszego zrozumienia progresji choroby, jednak nie znaleziono jeszcze lekarstwa na AZS. Badania ukierunkowane na opracowanie metody eliminowania nagromadzenia peptydów beta-amyloidowych, a także regulowania jego produkcji są potencjalną strategią leczenia AD (Ostroand Cullis, 1989). Naukowcy mają teorię, że równowaga peptydu beta-amyloidowego w mózgu i krwiobiegu może pomóc usunąć nadmiar beta-amyloidu z mózgu (Mourtas i in., 2019; Vermunt i in., 2019). Problem polegał na celowaniu w beta-amyloid. Pomysł polega na tym, że leczenie nanotechnologiczne można teraz określić w celu ukierunkowania na beta-amyloid; wprowadzenie do krwi niewielkiej porcji białka beta-amyloidu (Vermunt i wsp., 2019). Białka Tau są drugą cechą charakterystyczną AD i są obecne w aksonach komórek nerwowych. Podstawową funkcją białek tau jest tworzenie mikrotubul do transportu niezbędnych składników odżywczych przez komórki nerwowe. Składniki odżywcze w komórkach nerwowych pozwalają komórkom pozostać prostym i silnym. Splątki Tau pojawiają się wewnątrz neuronów, czyniąc je nieskutecznymi (Ostro i Cullis, 1989; Villemagneet al., 2013). Sploty Tau znajdujące się wewnątrz neuronów pozbawiają neurony ważnych cząsteczek lub składników odżywczych w wyniku obumierania neuronów. Te fizjologiczne występowanie prowadzi do zapalenia i atrofii mózgu. Zmiany te hamują przetwarzanie glukozy przez mózg; głównym źródłem energii dla mózgu (Ostroand Cullis, 1989; Vermunt i in., 2019). Pacjenci z AD wykazują dowody rozpadu białek tau w neuronach.

Obecnie dostępne plany leczenia AD obejmują głównie inhibitory cholinesterazy (donepezil, galantamina, rywastygmina), antagonistów receptora N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) (memantyna), inhibitor acetylocholinesterazy (takryna) (Spuch i Navarro, 2011). Inhibitory cholinesterazy lub acetylocholinesterazy poprawiają pamięć, myślenie, język i przetwarzanie myśli (Vermunt i wsp., 2019). Pacjenci z AD są identyfikowani jako mający niższy poziom acetylocholiny (Ach). Inhibitory cholinesterazy zwiększają poziom Ach, hamując rozpad acetylocholiny w szczelinie synaptycznej i zwiększając pobudzenie neuronów (Kuo andLee, 2016; Binda et al., 2018). ACh jest chemicznym kurierem, witalnym uczeniem się i przypominaniem (Binda i in., 2018). Antagoniści receptora NMDA poprawiają pamięć, koncentrację, rozumowanie, język i ogólne zapamiętywanie zadań. Mechanizm działania NMDA umożliwia przekazywanie wskaźników elektrycznych między neuronami w mózgu i splotu kręgowym. Receptory NMDA muszą pozostać otwarte i wiązać się z glicyną i glutaminianem; otwarcie kanałów jonowych. Glutaminian jest neuroprzekaźnikiem, który umożliwia funkcjonowanie poznawcze. Dzięki tej regulacji receptorów NMDA takimi antagonistami receptora NMDA, jak memantyna, można zmniejszyć pobudliwość neuronalną. Pacjenci z AD mają zwiększoną ilość glutaminianu. Nieproporcjonalne wzbudzenie neuronów powoduje upośledzenie neuronów. Przeglądy kliniczne leczenia wykazały ulgę w obciążeniu opiekunów i niewielką poprawę ogólnej jakości życia. Terapie dały najlepsze rezultaty głównie u pacjentów wykazujących łagodne do umiarkowanych objawy (Johnson i Kotermanski, 2006).

Leki stosowane w leczeniu choroby neurodegeneracyjnej są zwykle podawane doustnie; chociaż pomagają radzić sobie z objawami choroby, jednak nie osiągają zbyt wiele w opóźnianiu progresji. Raz przyjęty lek doustny nie dociera w pełni do mózgu, ponieważ jest metabolizowany przez wątrobę, co sprawia, że ​​jego dostępność jest nieskuteczna w radzeniu sobie z chorobą (Spuch i Navarro, 2011). Zabiegi z wykorzystaniem liposomów do transportu przez barierę krew-mózg (BBB) ​​mogą wykazywać potencjalny wpływ na rzeczywistą progresję choroby poprzez dotarcie do obszaru mózgu wymagającego leczenia. Celem tego przeglądu jest zebranie aktualnych informacji o tym, jak liposomy jako system dostarczania leków mogą odgrywać ważną rolę jako potencjalna opcja leczenia AD. Ten przegląd pokrótce porusza również wyzwania związane z dostarczaniem leków do mózgu. Przegląd opisuje niektóre zmienności i modyfikacje liposomów, a także zajmuje się aktualnymi badaniami nad liposomami dotyczącymi ich roli jako potencjalnej opcji leczenia AD.

Strategia wyszukiwania i kryteria wyboru

Artykuły cytowane w tym przeglądzie opublikowane w latach 1997-2020 były przeszukiwane w bazach danych, w tym NCBI PubMed, Web ofScience, Scopus i Google Scholar. Użyto następujących słów kluczowych: choroba Alzheimera; beta-amyloid; bariera krew-mózg; dostarczanie mózgu; systemy dostarczania leków; kapsułkowane leki; liposomy; nanocząstki; choroby neurodegeneracyjne; PEGylacja; ukierunkowana dostawa i tau.

Wyzwania związane z dostarczaniem leków do bariery krew-mózg

AD atakuje mózg, część ciała związaną z wyzwaniami związanymi z dostarczaniem leków i leczeniem, ze względu na obecność barier ochronnych. Centralny układ nerwowy ma predefiniowane bariery chroniące mózg i rdzeń kręgowy; niestety te warstwy ochronne stanowią barierę terapeutycznie (Vermuntet al., 2019). Ośrodkowy układ nerwowy składa się z bariery krew-płyn mózgowo-rdzeniowy oraz BBB. Te dwa przedziały oddzielają krążącą krew od neuronów (Forlenza et al., 2010; Vieira i Gamarra, 2016). Istnienie endogennych transporterów w BBB pozwala na selektywne przyjmowanie składników odżywczych i ograniczanie dostępu do obcych substancji (Mourtas et al., 2019). Liczne endogenne transportery selektywnie przepuszczają niezbędne składniki odżywcze i minerały przez barierę krew-mózg do mózgu. To samo selektywne wejście ogranicza wnikanie materiałów zewnętrznych, w tym leków (Spuch i Navarro, 2011). leczyć obszary ośrodkowego układu nerwowego. Leki ogólnoustrojowe muszą pokonać barierę krew-mózg, aby dotrzeć do mózgu (Misra i in., 2003; Mourtas i in., 2019). Bariery te utrudniają nie tylko leczenie i diagnostykę AD, ale także demencji, infekcji wirusowych i bakteryjnych zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, choroby Parkinsona, zaburzeń psychicznych i zespołu nabytego niedoboru odporności. Te stany chorobowe stwarzają potrzebę opracowania modelu leczenia ukierunkowanego na mózg. Niepowodzenie różnych prób invitro doprowadziło do poszukiwania pęcherzyka, który jest w stanie przetransportować lek do niezbędnych obszarów w celu dotarcia do mózgu (Spuch i Navarro, 2011; Davtyan i wsp., 2014; Vermunt i wsp., 2019; Brak autora wymienionego , 2020). Granice wyznaczone przez BBB wyznaczyły nowe granice przekroczenia nanoterapeutyków w obszarach powinowactwa, absorpcji i funkcji systemu dostarczania. Modyfikacje zwiększające powinowactwo i wiązanie nanocząstek lipofilowych do komórek śródbłonka zwiększają transport leków drogą endocytozy lub drogą lipofilową (Ostro i Cullis, 1989). Wchłanianie leku jest niezbędne do osiągnięcia bezpiecznego indeksu terapeutycznego. Nanocząstki zapewniają lepsze uwalnianie leku do naczyń włosowatych, zwiększając szanse na transport leku przez BBB. Ukierunkowane dostarczanie do miejsca umożliwia ominięcie barier absorpcji doustnej i jelitowej oraz zwiększa biodostępność leków w miejscu docelowym (Ostro i Cullis, 1989). Dalsze modyfikacje są nadal potrzebne, aby ominąć BBB. Zmienność powierzchni nanocząstek pozwoliła nanocząstkom wejść do BBB; unikanie opsonizacji fagocytarnej wyrażającej postęp w stężeniu leku dostarczanego do mózgu (Karthivashan i wsp., 2018). Wreszcie, funkcja nanotransportera pobudza transcytozę, w której pośredniczy receptor, umożliwiając lekowi przejście przez BBB i dotarcie do mózgu. Liposomy były szeroko badane jako potencjalny nanonośnik umożliwiający transport leków przez BBB (Karthivashan i in., 2018; Naqvi i in., 2020).

ekstrakt z cistanche

Liposomy i strategie dostarczania leków

Liposomy są sferycznymi, organicznymi formacjami nanocząstek, składającymi się z dwuwarstwy lipidowej obejmującej rdzeń wodny wraz z nieprzepuszczalną zewnętrzną lipofilową warstwą fosfolipidową (ryc. 1) (Ross i wsp., 2018; Harilal i wsp., 2019). Centrum wodne jest otoczone powłoką środków rozpuszczalnych w wodzie do transportu zapewniającego dotarcie do docelowych obszarów (Sokolikand Maltsev, 2015). Wodny związek pośredni pozwala, aby polarny segment cząsteczki nadal pozostawał w połączeniu ze środowiskiem polarnym, jednocześnie osłaniając niepolarny segment. Zewnętrzna powłoka otaczająca ośrodek wodny składa się z tłuszczu określanego jako dwuwarstwa fosfolipidowa (Harilal i wsp., 2019; Mourtas i wsp., 2019). Warstwa dwuwarstwowa fosfolipidowa pomaga w transporcie środków rozpuszczalnych w lipidach w rozpuszczalnej w lipidach warstwie błony komórkowej (ryc. 1). Konwencjonalne liposomy zazwyczaj zawierają biologiczne fosfolipidy i lipidy, takie jak monosialogangliozyd, 1,2-distearylo-sn-glicero-3-fosfatydylocholina, fosfatydylocholiny z jaja i sfingomielina (Yu i in., 2011; Bender i in., 2019; Bender i in., 2019). ). Metoda formulacji liposomów jest jednym ze sposobów klasyfikacji odrębnych form pęcherzyków liposomowych (Harilal et al., 2019;Mourtas et al., 2019). Liposomy można podzielić na trzy grupy; pęcherzyki wielolamelarne (MLV), małe pęcherzyki jednowarstwowe (SUV) i duże pęcherzyki jednowarstwowe (Corace i wsp., 2014; Dreier i wsp., 2016; Kong i wsp., 2020). MLV składają się z wielu warstw lipidowych podzielonych roztworem wodnym; przygotowanie jest spontaniczne. MLV powstają przez delikatne wstrząsanie. Małe pęcherzyki jednowarstwowe lub duże pęcherzyki jednowarstwowe różnią się wielkością i powstają w wyniku homogenizacji MLV z pojedynczą warstwą lipidową (Varghese, 2005; Kassem et al., 2020). Liposomy składają się z cholesterolu plus fosfolipidów i aktywnych cząsteczek leku (Ostro i Cullis, 1989; Vermunt i wsp., 2019). Lokalizacja enkapsulacji leku zależy od optymalnego środowiska leku. Zrozumienie składu liposomów i fosfolipidów pozwala na lepsze zrozumienie niezbędnej lokalizacji leku do transportu. Fosfolipidy składają się z hydrofobowego ogona (2 kwasy tłuszczowe zawierające 10-20 atomy węgla) i hydrofilowej głowy (kwas fosforowy związany z rozpuszczalną w wodzie cząsteczką) (Harilal i in., 2019; Fonseca-Gomes i in. , 2020). Lipid może mieć wielkość od 25 nm do 5000 nm mikroskopijnego materiału tłuszczowego. Terapeutycznie liposomy mogą zwiększać skuteczność leku, jego stabilność, uwalnianie kontrolne, podawanie wieloma drogami, ukierunkowane działanie na tkanki i pomagać w zmniejszeniu niepotrzebnej toksyczności leku (Corace i in., 2014; Dreier i in., 2016; Fonseca-Gomes i in., 2020). Liposomy były od dawna badane jako pęcherzyki, które można skonstruować tak, aby przyciągały endogenne bariery, które mają skłonność do odwracania ciał obcych (Yadav et al., 2017).

Cechami liposomów, które pozwalają im być tak doskonałymi pęcherzykami, są ich zdolność do transportu leków amfipatycznych, hydrofilowych i hydrofobowych, minimalna toksyczność, doskonała kompatybilność ze środowiskiem zewnętrznym, brak wyzwalania układu odpornościowego i docelowe miejsce działania dla skutecznego dostarczania leków (Harilal i wsp., 2019; Mourtas i in., 2019). Środki zamknięte w liposomach mają zwiększoną ochronę przed natychmiastową degradacją ze środowiska zewnętrznego (Yu et al., 2011). Korzyści ze stosowania liposomów to zmniejszenie toksyczności leku w wyniku ekspozycji na miejsca niedocelowe oraz zwiększenie skuteczności terapeutycznej (Yu i in., 2011; Bender i in., 2019).

Chociaż preparaty liposomalne mają wiele zalet i są skuteczne w procesie opracowywania leków, ale nie są wolne od ograniczeń, które wynikają ze słabej stabilności liposomów in vivo i warunków przechowywania. Słaba stabilność jest spowodowana potencjalnym utlenianiem lipidów, hydrolizą, wyciekiem, rozszczepieniem i fuzją cząstek oraz redukcją w nośnikach hydrofilowych (Akbarzadeh i in., 2013; Randles i Bergethon, 2013; Pattni i in., 2015). Innym ograniczeniem liposomalnego systemu dostarczania leków jest ładowanie leku lub skuteczność enkapsulacji leków. Liposomalną formulację leku można wytworzyć, jeśli skuteczność enkapsulacji leku jest taka, że ​​lek może być dostarczany w dawkach terapeutycznych w rozsądnej ilości lipidu. Ponieważ lipidy w większych ilościach mogą powodować toksyczność i prowadzić do nasycenia farmakokinetyki leków. Ograniczeniem liposomalnego dostarczania leków jest obciążenie lekiem. Inliposomy obciążające lekiem można przeprowadzić na dwa sposoby albo pasywnie (lek jest ładowany lub kapsułkowany podczas tworzenia liposomów lub aktywnie (po utworzeniu liposomów). Bierna enkapsulacja leków hydrofilowych, która zależy od pojemności wodnego buforu liposomowego, który rozpuścił lek podczas tworzenia się pęcherzyków (Sharma i Sharma, 1997; Sharma i wsp., 2018).Skuteczność wychwytywania wynosi mniej niż 30% i jest ograniczona objętością uwięzioną w liposomach i rozpuszczalnością leków.Postępy w technikach dostarczyły sposobów na poprawę wydajności enkapsulacji leków hydrofilowych.Na przykład Leki hydrofilowe, które mają grupy aminowe, mogą być aktywnie uwięzione przez zastosowanie gradientu pH prowadzącego do 100-procentowej skuteczności. Ponadto aktywne ładowanie amfipatycznych słabych leków kwasowych lub zasadowych może zwiększyć wydajność enkapsulacji (Sharma and Sharma, 1997; Sharma i in., 2018).

Niektóre inne wady związane z liposomami dotyczą niestabilności osocza, szybkiego uwalniania leku i wychwytu do układu siateczkowo-śródbłonkowego. Te problemy związane z dostarczaniem leków na bazie liposomów można rozwiązać przez pewną modyfikację liposomów. Liposomy mogą również podlegać modyfikacjom w celu skorygowania krótkotrwałych zmian w wielkości i składnikach lipidowych (Kuo i Lin, 2014; Hubin i wsp., 2019). Wprowadzane są modyfikacje struktury i właściwości aliposomów; w zależności od tego, jaki lek zawiera kapsułki i pożądane środowisko leczenia. Przykładem dodatku strukturalnego jest dodatek cholesterolu (Corace i wsp., 2014; Dreier i wsp., 2016). Dodanie cholesterolu lub 1,2-dioleoilo-sn-glicero-3-fosfoetanoloaminy do liposomu głównie fosfolipidowego pomaga rozwiązać problem niestabilności liposomów w osoczu i zmniejszenia szybkiego uwalniania. Wykazano również, że dodanie glikolu polietylenowego (PEG) do powierzchni liposomu wydłuża czas krążenia leków do 55 godzin, tym samym zwiększając okres półtrwania kapsułkowanych środków (Ostro i Cullis, 1989; Morgan, 2011; Harilal i al., 2019). Obecność PEG na powierzchni liposomów zmniejsza również wychwyt systemu mononuklearfagocytów (liposomów stealth). Niewidzialne liposomy skutecznie uniknęły wychwytu mononuklearfagocytów, jednak liposomy stealth nie zdołały uniknąć wychwytu siateczkowo-śródbłonkowego; stąd wyewoluowała potrzeba modyfikacji i wprowadzenia liposomów ukierunkowanych na ligand (Kuo i Lin, 2014; Balklava i wsp., 2015) (Rysunek 1). ). Inne modyfikacje wprowadzone do liposomów obejmują liposomy, w których pośredniczy docelowy ligand oraz przeciwciała skoniugowane przez PEG, aby zapewnić stabilizację liposomów i skuteczne leczenie (Figura 1). Cele liganda oferują dostosowany liposom, który może zwiększyć tempo gromadzenia się leku w docelowej tkance. Ligandy mogą składać się z przeciwciał, peptydów i białek przyłączonych bezpośrednio do fosfolipidowej głowy liposomu załadowanej środkiem lub do łańcucha PEG (Figura 1). Ligand złożony z aminokwasów zapewnia wysokie powinowactwo do docelowych komórek i oferuje mniej toksyczne leczenie pacjenta, zmniejszając ekspozycję ogólnoustrojową (Kuo i Lin, 2014; Balklava i in., 2015; Kuo i Tsao, 2017). Ujemnie naładowane środki stanowią wyzwanie w dostarczaniu leków. Uważa się, że liposomy z ładunkami ujemnymi są szybko usuwane z krążenia, co zmniejsza dostępność terapeutyczną (Spuch i Navarro, 2011; Kuo et al., 2017). Neutralne lub dodatnio naładowane liposomy zmniejszają szybkość wychwytu siateczkowo-śródbłonkowego, umożliwiając skuteczne dotarcie leku do docelowego obszaru (Harilal i wsp., 2019; Mourtas i wsp., 2019). Ta manipulacja liposomami zmniejsza zdolność liposomów do przekraczania BBB (Kuo et al.,2017). Dostarczanie leku przez liposomy odbywa się poprzez pasywną dyfuzję, zatrzymanie pęcherzyków i erozję pęcherzyków. Liposomy są powiązane z trzema specyficznymi modelami interakcji komórkowych w transporcie czynników adsorpcji, fuzji i endocytozy. Theliposom umożliwia lepszą kontrolę nad ilością czasu, jaką środek terapeutyczny spędza w układzie krążenia, zmniejszając w ten sposób toksyczne skutki uboczne i przedłużając działanie terapeutyczne (Kuo i Tsao, 2017; Kong i wsp., 2020).

Liposomy umożliwiają transport dużych ilości leku w jednym pęcherzyku. Chociaż liposomy mogą wydawać się bardzo obiecujące, nie są one pozbawione ograniczeń (Kuo i Lin, 2014; Balklava i in., 2015). Liposom podawany doustnie byłby niewykonalny, ponieważ pH żołądka było niskie, a możliwe oddziaływanie z solą żółciową spowodowałoby niestabilność liposomu. Zaprojektowanie liposomów tak, aby działały w optymalnym środowisku leczenia, czyni je podatnymi na temperaturę, fale ultradźwiękowe, magnetyzm, światło i pH (Kong i in., 2020). Liposomy zaobserwowano we wszystkich możliwych zagrożeniach, w tym makrofagach (Kuo i Lin, 2014). Zapewnienie stabilności liposomu pociągnęło za sobą zabezpieczenie, że dwuwarstwy nie ulegają degradacji w czasie podawania, tak jak oczekiwano przy podawaniu doustnym, i kontrolowanie uwalniania leku do docelowego obszaru (Pillot i wsp., 1997). Aby upewnić się, że system leków nie zawiedzie, bada się kilka odmian tego nanonośnika. Wspomniany wcześniej przykład tego, jak pewne zmiany na powierzchni liposomu uniemożliwiłyby penetrację BBB i jak dodanie docelowych ligandów zwiększyłoby jego zdolność do wchodzenia do BBB (Figura 1) pokazuje pewne zmodyfikowane liposomy, które mogą przenikać do mózgu. Celem liposomu jest dostarczenie terapeutycznego poziomu leku do obszaru docelowego i uniknięcie ataku immunologicznego (Harilal i wsp., 2019; Mourtas i wsp., 2019). Niektóre inne typy liposomów obecnie oceniane w badaniach to wirosomy, immunoliposomy i liposomy oparte na genach, które opisano poniżej (Tabela 1).

Podstawy wirosomów

Wirosom to rodzaj liposomu powstałego z wiązania niekowalencyjnego połączenia fuzogennej otoczki wirusa i aliposomu (Spuch i Navarro, 2011; Carrera i wsp., 2013; Onodera i wsp., 2014). Konstrukcję wirosomów wykonuje się przy użyciu fragmentów wirusa wraz z transporterem niewirusowym. W celu umożliwienia leczenia można również skonstruować pseudowiriony. W celu zastosowania wirosomów badano hemaglutynujący wirus Japonii lub wirus zapalenia wątroby typu B (Spuch i Navarro, 2011; Onodera i in., 2014; Kuo i Tsao, 2017). Pochodne hemaglutynującego wirusa japońskiego zapakowane w liposom są wykorzystywane do skutecznego transportu DNA, siRNA i środków przeciwnowotworowych (Carrera et al., 2013). Hemaglutynujący wirus Japonii wywołał działanie przeciwnowotworowe selektywne dla raka. Ostatnio przebadano nawet wirosomy pod kątem opracowania szczepionki zapobiegawczej i terapeutycznej dla AD (Kuo and Chou, 2014). Doniesiono, że inokulacja zawierająca peptydy amyloidu dała pozytywne wyniki w wielu modelach myszy AD. Skuteczność inokulacji polegała na hamowaniu i usuwaniu blaszek amyloidowych w zakażonej tkance mózgowo-mysiej. Przyszłe badania nad dalszym rozwojem szczepień dostarczą więcej informacji na temat obietnic, jakie wirosomy mają do zaoferowania terapii neurodegeneracyjnej (Carreraet al., 2013; Kuo i Chou, 2014).

Podstawy immunoliposomów

Immunoliposomy to liposomy obciążone lekiem i sprzężone z przeciwciałem monoklonalnym, które są ustawione na komórki specyficzne dla celu. Modyfikacja zewnętrznej powierzchni liposomów Zwiększa powinowactwo do docelowych komórek nowotworowych, a przeciwciało wzmacnia indeks terapeutyczny (Harilal i in., 2019; Mourtaset al., 2019). Immunoliposomy wykazały sukces w terapii supresji nowotworu invivo. Liposomy chroniły zakapsułkowany czynnik przed makrofagami poprzez modyfikacje, ale immunoliposomy wywołują odpowiedź immunologiczną. Zmniejszenie odpowiedzi immunologicznej przez zastosowanie immunoliposomów następuje przy użyciu części Fc przeciwciała IgG i przy użyciu humanizowanego przeciwciała (Spuch i Navarro, 2011; Carrera i wsp., 2013; Onodera i wsp., 2014). Fragment Fc jest zmodyfikowany tak, aby był ukierunkowany na ludzki receptor transferyny. Receptor transferyny jest glikoproteiną abłonową i ulega ekspresji w różnych tkankach i komórkach. Transferyna jest obecna na komórkach śródbłonka mózgu, krwinkach czerwonych i niektórych komórkach nowotworowych. Receptory transferyny odgrywają ważną rolę jako glikoproteina wiążąca żelazo w osoczu krwi, która kontroluje transfer żelaza do komórek, regulując w ten sposób poziom wolnego żelaza w komórkach i mózgu. Ostatnie badania wskazują, że transferyna może przechodzić przez BBB poprzez endocytozę. Ostatnie badania in vitro wskazują, że liposomy sprzężone z transferyną mogą penetrować BBB. Dwie techniki modyfikacji powinowactwa przypominającego to wiązanie przeciwciała bezpośrednio z głową fosfolipidu liposomu; druga technika polega na przyłączeniu przeciwciała do łańcucha PEG. Zastosowanie łańcucha PEG zwiększyło również retencję przeciwciał (Carrera i wsp., 2013; Mourtas i wsp., 2019). Metabolizm wątrobowy leku to kolejna kwestia, którą rozwiązuje fragment Fc; aktywnym modelem stosowanym w immunoliposomie jest liposom Fab-PEG. Liposomy Fab-PEG mają dłuższą retencję we krwi, ponieważ zapobiegają wychwytowi z fagocytozy (Carrera i wsp., 2013; Onodera i wsp., 2014).

Podstawy liposomów opartych na genach

DNA, będący dużą cząsteczką anionową, jest trudny do transportu przez komórki (Carrera i wsp., 2013; Onodera i wsp., 2014). Cyrkulujący enzym dezoksyrybonukleaza rozkłada DNA, uniemożliwiając dotarcie do miejsca docelowego w stanie nienaruszonym. W modelach mysich liposomy wykazały zdolność do skutecznego transportu DNA wewnątrzkomórkowego. Składniki liposomów opartych na genach składają się z hydrofilowej głowy aminowej i fosfolipidu (Carrera et al., 2013). Dodanie głowy aminowej kategoryzuje ten liposom jako kationowyliposom (Rysunek 1) pokazuje liposom kationowy i wyjaśnia interakcję między cząsteczkami naładowanymi dodatnio i ujemnie. Liposomy kationowe mają dodatni ładunek zewnętrzny w konwencjonalnym biologicznym pH (Kuo i Tsao, 2017). Celem korekcji w liposomach opartych na genach jest skuteczne osiągnięcie progu terapeutycznego bez redukcji substancji czynnej poprzez szybki klirens. Pomysł polega na dodaniu ligandów, które mogą celować w dotkniętą tkankę na poziomie komórkowym bez poświęcania korzyści terapeutycznych z liposomu kationowego (Kuoand Tsao, 2017).

Podawanie leków na bazie liposomów w leczeniu AD

Różne systemy dostarczania leków oparte na liposomach są badane jako potencjalne leczenie AD (Tabela 2). Rozwijają się badania nad wielofunkcyjnymi i zmodyfikowanymi liposomami, które wspomagają transport leku przez BBB wraz z celowaniem w patologię AD. Niektóre z preparatów liposomowych i liposomów wielofunkcyjnych do potencjalnego leczenia AD opisano poniżej.

Uszkodzenia oksydacyjne są cechą charakterystyczną chorób neurogeneracyjnych, w tym choroby Alzheimera, dowody sugerują, że przeciwutleniacze mogą chronić przed toksycznością beta-amyloidu. Kurkumina jest wyciągiem z kłącza korzenia kurkumy i jest stosowana jako suplement diety. Farmakologicznie kurkumina wykazuje właściwości przeciwbakteryjne, przeciwnowotworowe, przeciwgrzybicze, przeciwzapalne i przeciw chorobie Alzheimera ze względu na jej właściwości antyoksydacyjne.(Morgan, 2011; Davtyan i wsp., 2014; Qi i wsp., 2017 Chenet al., 2020). Jednak ze względu na niską rozpuszczalność, niestabilność w układzie krążenia i szybki metabolizm, kurkumina ma ograniczoną dostępność terapeutyczną przyjmowaną bezpośrednio w podawaniu systemowym (Morgan, 2011; Davtyan et al., 2014). Uważano, że rozpuszczalność można poprawić dzięki nanotransportowi. Badania sugerują, że wprowadzanie kurkuminy do aliposomów zwiększa stabilność i improwizuje rozpuszczalność kurkuminy (Davtyan i wsp., 2014; Qi i wsp., 2017). Mourtas et. (2011) opracowali liposomy ozdobione kurkuminą. Pochodna kurkuminy wykazała wysokie powinowactwo do włókienek A42, zmniejszając w ten sposób agregację A i powstawanie płytek amyloidowych. Inne badania przeprowadzone przez tę samą grupę w celu wytworzenia wielofunkcyjnych nanosomów liposomów ukierunkowanych na amyloid. PEG - liposomy kurkuminy dodatkowo ozdobione przeciwciałem przeciw transferynie w celu pośredniczenia w transporcie kurkuminy przez barierę krew-mózg wykazały zmniejszenie złogów A w hipokampie myszy APP/PS1 (Mourtas i in., 2011, 2014)

Badanie wielofunkcyjnych liposomów obejmowało liposomy obciążone mAPO i kwasem fosfatydowym (PA). PA wykazuje zwiększone powinowactwo do wiązania A, podczas gdy mAPO wzmaga przekraczanie bariery krew-mózg. Ten dwufunkcyjny liposom ładowany mAPO-PA prowadził do dezagregacji włókienek A in vitro. Efekt synergiczny zarówno mAPO, jak i PA był bardziej niż którykolwiek z nich osobno (Balducci et al., 2014). Wykazano, że liposom obciążony apolipoproteiną E2 wykazuje korzyści terapeutyczne w AD poprzez adaptację genów. ApoE2 załadowany do docelowej tkanki mózgowej wykazał korzyści w leczeniu AD. Zastosowany model był in vitro z użyciem mózgów myszy z AD, którym podawano ogólnoustrojowe geny terapeutyczne osłaniające liposomy (Szoka i Papahadjopoulos, 1980; dos Santos Rodrigues i in., 2019). Wyniki dożylnego wstrzyknięcia liposomem o zmodyfikowanej powierzchni (transferyna-penetratyna) były skuteczne w dostarczaniu środka terapeutycznego poza BBB (Davtyan i wsp., 2014; Qi i wsp., 2017). Mózgi myszy miały podwyższony poziom ApoE, co wskazuje na potencjalne leczenie AD (dos Santos Rodrigues i in., 2019).

Donosowe liposomy obciążone peptydem H102 są badane jako potencjalna opcja leczenia AD. Badanie obejmujące system dostarczania leku nanocząsteczkowego z peptydem łamaczy-arkusz H102 wykazało, że sprzęganie H102 z liposomami ma podwójną funkcję celowania w barierę krew-mózg, a także ukierunkowania na A42. Badanie wykazało neuroprotekcyjne działanie liposomów obciążonych H102. Uczenie przestrzenne i pamięć w mysim modelu AD uległy poprawie w liposomach obciążonych H102 w porównaniu z grupą kontrolną. Liposomy obciążone H102 wydają się być obiecującym kandydatem na celowe dostarczanie leku do mózgu do zmian chorobowych AD (Davtyan i wsp., 2014; Zheng i wsp., 2015).

Rivastigmine jest jedyną zatwierdzoną przez FDA metodą leczenia AD. Jednak problem związany z doustnym podawaniem rywastygminy wiąże się ze słabą stabilnością i słabą przepuszczalnością, aby ominąć BBB, co ogranicza poziom skuteczności leku. Aby rozwiązać ten problem, badane są alternatywne metody dostarczania donosowego liposomów obciążonych rywastygminą. Aby utrzymać stabilność, do liposomów dodaje się dodatnio naładowany induktor DDAB (bromek didecylodimetyloamoniowy), co pomaga w odpychaniu elektrostatycznym i zmniejszeniu interakcji między liposomami. Dalsze dodawanie PEG prowadzi do powstania wysoce stabilnego ESS. Ta modyfikacja zwiększyła poziom leków w osoczu i mózgu w porównaniu z samą rywastygminą (elektrosteryczny liposom stealth) (Malekpour-Galogahi i in., 2017; Kong i in., 2020). Prowadzone są badania w celu sprawdzenia, czy liposomy obciążone rywastygminą były w stanie dotrzeć do mózgu bez metabolizmu, co może prowadzić do spowolnienia postępu choroby (Mutlu i in., 2011; Malekpour-Galogahi i in., 2017; Nageeb El-Helaly i in., 2017 ).

Nano sweepery to małe cząstki składające się z rdzenia chitozanu z sekwencjami ukierunkowanymi na pegylowane A i Beclin-1 (induktor autofagii). Te nano zamiatacze wychwytują zewnątrzkomórkowe A i przyspieszają ich wchłanianie do komórek, a także zwiększają trawienie i autofagię A . Badania nad tymi transgenicznymi myszami nano sweeperin APPswe/PS1dE9 wykazały, że degradacja zarówno nierozpuszczalnego, jak i rozpuszczalnego A zmniejszyła toksyczność A, a także zwiększyła przeżycie komórek neuronalnych. Proces ten określano jako przemiatanie mózgu myszy; Stwierdzono, że myszy te mają mniej problemów z pamięcią (Luo i wsp., 2018).

W ostatnich badaniach zastosowano liposom z wiązaniem z kiełkami pszenicy, aby poprawić przeżywalność neuronów w AD. Liposom osadza się na powierzchni kurkuminą i czynnikiem wzrostu nerwów, a następnie modyfikowany aglutyną z kiełków pszenicy. Wielofunkcyjne liposomy regulują w dół fosforylację dwóch ważnych kinaz w szlaku MAPK (kinaza białkowa aktywowana mitogenem), które są ważne dla przeżycia neuronów i apoptozy. W tych wielofunkcyjnych liposomach kurkumina hamuje agregację A, a także zmienia aktywność kinaz zaangażowanych w szlak apoptozy. NGF aktywuje receptor kinazy tyrozynowej A, który odgrywa ważną rolę w przeżyciu neuronalnym. Aglutyna z kiełków pszenicy i PEGylacja pomagają w poprawie dostarczania leków przez BBB (Kuo i Lin, 2015; Kuo i in., 2017).

Badania na liposomach obciążonych kwercetyną poprzez podawanie donosowe na zwierzęcym modelu AD wykazały, że liposom obciążony kwercetyną zmniejszał degenerację neuronów cholinergicznych. Możliwy mechanizm neuroprotekcji liposomów obciążonych kwercetyną polegał do pewnego stopnia na redukcji stresu oksydacyjnego, co wykazano poprzez zwiększenie dysmutazy ponadtlenkowej (Phachonpai i wsp., 2010).

Coarce i in. (2014) opracowali wielofunkcyjne liposomy do dostarczania chlorowodorku takryny przeciw chorobie Alzheimera do dostarczania drogą donosową. Te preparaty liposomowe składały się z fosfatydylocholiny i cholesterolu, które uzupełniono kwasami tłuszczowymi -tokoferolem i/lub Omega3. Ta metodologia skutkowała zwiększeniem przenikania takryny przez błonę śluzową nosa wraz ze wzmocnieniem działania neuroprotekcyjnego z powodu obecności -tokoferolu i kwasów tłuszczowych Omega3 (Corace et al., 2014).

Wiele preparatów liposomalnych jest w badaniach klinicznych w USA w leczeniu raka, infekcji grzybiczych, zespołu nabytego niedoboru odporności Kaposiego. Niestety, formulacja liposomalna do dostarczania leków do mózgu w praktyce klinicznej jest ograniczona (Pattni i wsp., 2015; Bulbake i wsp., 2017). Niewiele liposomalne leki do dostarczania leków do mózgu wymieniono w Tabeli 3.

Przyszłość i perspektywy dostarczania leków na bazie liposomów w chorobie Alzheimera

AD jest głównym winowajcą zdiagnozowanej demencji na całym świecie. Terapia neurodegeneracyjna ma różne zastrzeżenia ze względu na trudności zarówno w diagnostyce, jak i leczeniu. Bariera fizjologiczna, BBB, ograniczyła stosowanie skutecznych metod leczenia doustnego ze względu na swoją nieprzepuszczalną strukturę. Pacjenci z AD są zazwyczaj diagnozowani na podstawie utraty funkcji poznawczych, upośledzenia języka, niezdolności do racjonalizacji oraz zaburzeń zachowania. AD wpływa również na jakość życia pacjenta. Następuje pogorszenie jakości życia nie tylko pacjenta, ale także opiekuna, co prowadzi do zmęczenia związanego z opieką nad pacjentem. Terapeutycznie niewiele opcji zatwierdzonych przez FDA jest dostępnych w objawowym leczeniu AD. Rivastigmine, inhibitor cholinesterazy jest złotym standardem w leczeniu AD. Obecnie dostępne leki pomagają w leczeniu objawów, jednak nie opóźniają progresji choroby. Postępy w nanotechnologii doprowadziły do ​​badań, które umożliwiają ukierunkowane dostarczanie leków do określonego regionu. Dostarczanie liposomalku jako pęcherzyka diagnostycznego i terapeutycznego ma potencjał w leczeniu zaburzeń neurodegeneracyjnych. Ewolucja liposomalnej technologii obciążonej lekiem poprawia biologiczną dystrybucję środków, zmniejsza wychwyt siateczkowo-śródbłonkowy przez makrofagi i zmniejsza ilość wolnego leku, zmniejszając w ten sposób toksyczność ogólnoustrojową. Odmiany inliposomu poprzez modyfikacje pozwalają na specyficzne ukierunkowanie, aby dotrzeć do mózgu przez pokonanie BBB. Wielofunkcyjne liposomy mogą być celowane w więcej niż jedną patologię chorób neurodegeneracyjnych, a tym samym spowalniać postęp choroby.

Liposomy mają wiele zalet, takich jak wysoka zdolność obciążania, ułatwiona fuzja z komórkami (fuzogeniczność), zdolność do hydrofilowego i hydrofobowego obciążania lekiem oraz wewnątrzkomórkowe uwalnianie leku przez fuzję. Załadowane liposomy mogą zwiększyć skuteczność, stabilność, kontrolowane uwalnianie, ukierunkowane działanie i indeks terapeutyczny leku. Jednakże istnieją pewne wady liposomów, takie jak wysoki koszt, wyciek i fuzja środka otoczkowego, niska rozpuszczalność i krótki okres półtrwania. Liposomy mają bardzo strategiczny standard przechowywania. Stabilność liposomów jest wątpliwa, jeśli są niewłaściwie przechowywane ze względu na temperaturę, światło, a nawet podatność na ruchy pobudzeniowe. Dostarczanie leków na bazie liposomów wymaga jednak dalszych prób w celu lepszego zrozumienia najskuteczniejszej i najbezpieczniejszej drogi podawania. W wielu zastosowaniach liposomów jako systemu dostarczania leków stężenie dawki jest wciąż do ustalenia. Liposomy sprzyjają akumulacji leku, konieczne jest zapewnienie, że klirens jest istotny terapeutycznie, a także nietoksyczny.

Oczekuje się, że przyszłe wysiłki badawcze wdrożą powiększenie korzyści, jakie mają do zaoferowania liposomy; zmienność wielkości, zdolność transportu dużego ładunku, zdolność do oferowania przedłużonego dostarczania środka, wzrost skuteczności, poprawa indeksu terapeutycznego, poprawa stabilności środka, selektywne bierne celowanie i zmniejszenie toksyczności transportowanego środka. Różnice w składzie liposomów, jednorodność muszą być obserwowane z partii na partię. Obawa o brak jednorodności w procesie wytwarzania liposomów w znacznych ilościach prowadzi do wzrostu kosztów produkcji liposomów. Przyszłe badania w tym kierunku doprowadzą do przystępnych kosztów liposomalnego systemu dostarczania leków. Wychwyt liposomów przez system siateczkowo-śródbłonkowy nadal wymaga dalszego rozwoju badań. Droga podawania liposomów jest różna; chociaż większość ostatnich badań koncentruje się na liposomach jako inokulacji lub donosowej drodze podawania leku, badania nad bezpieczną drogą podawania leku są uzasadnione.

Chociaż liposomy wiążą się z wieloma wyzwaniami, nadal dostarczanie leków oparte na liposomach w leczeniu AD stanowi obiecującą i potencjalną opcję leczenia spowalniającą postęp patogenezy AD. Zmienność liposomów i modyfikacji pozwala na specyficzne ukierunkowanie na przekroczenie bariery krew-mózg i dotarcie do docelowego obszaru w mózgu. Oczekuje się, że przyszłe badania będą zmierzać w kierunku rozwoju wielofunkcyjnych liposomów, które mogą być ukierunkowane na więcej niż jeden aspekt patologii mózgu. Ponadto potrzebne są dalsze strategie i badania dla bezpiecznego podawania systemu dostarczania liposomalek.

Cistanche leczą chorobę Alzheimera.