نانوپلیمرهای زیست تخریب‌پذیر PLA سیستمی دارورسان

 

 

نانوپلیمرهای زیست تخریب‌پذیر PLA سیستمی دارورسان

نانوذرات زیست تخریب پذیر به عنوان ابزارهای دارورسان مورد استفاده قرارگرفته اند که این امر به دلیل زیست دسترس پذیری بسیارخوب، کپسولاسیون خوب، رهاسازی کنترل شده و سمیت کم، میباشد. نمونه ای از این پلیمرها، PLA است که به وفور در موارد مختلف دارویی و بیوپزشکی مورد مطالعه قرارگرفته است. دراین مقاله به کپسولاسیون برخی از داروها، هورمونها و پروتئینها با PLA و فرم اصلاح سطح شده آن، اشاره خواهد شد.

1- مقدمه
نانوذرات زیست تخریب پذیر برای بهبود کیفیت درمانی داروهای پزشکی مختلف (محلول یا نامحلول در آب) و مولکولهای زیست فعال، استفاده شده که با بهبود زیست دسترس پذیری، حلالیت و زمان نگهداری همراه است. فرمولاسیون های نانوذره–دارو، هزینه های پرداختی بیماران و خطر مسمویت با دارو را کاهش می دهند. نانوکپسولاسیون داروها (نانودارو)، بازده دارو، ویژگی های دارو، قابل تحمل بودن و شاخص های درمانی را افزایش می دهد و فواید بسیاری در محافظت در مقابل تخریب زود هنگام، برهمکنش با محیط بیولوژیکی، افزایش جذب به بافت انتخابی،افزایش زیست دسترس پذیری، بهبود زمان نگهداری و نفوذ درون سلولی دارد. چندین مولکول دارو یا مولکولهای زیست فعال مربوط به برخی بیماریها، برای بهبود زیست دسترس پذیری، فعالیت زیستی و تحویل کنترل شده، به طور موفقیت آمیزی کپسوله شده اند. نانو داروهای بیماریهای رعب آوری همچون سرطان، ایدز، دیابت، مالاریا و سل در فازهای مختلف آزمایش برای تست وجود دارند و برخی از آنها تجاری سازی شده اند. به هرحال پیدایش و ظهور نانو حاملهای دارو رسان، امیدهای تازه ای را در خصوص بهبود شاخص های درمانی وکیفیت دارورسانی از خود نشان می دهند. نمونه ای از این سیستم های دارو رسان پلی لاکتید اسید است (شکل۱)،که در این مقاله مد نظر قرار خواهد گرفت.
 

 

شکل1- پلیمر پلی لاکتید اسید(PLA)

2-پلی لاکتید اسید (PLA) 

 

پلیمرهای PLA (polylactic acid) موادی زیست سازگار و زیست تخریب پذیری هستند که در بدن و به دنبال متابولیسم کربوهیدرات، به واحدهای مونومری لاکتیک اسید که واسطه هایی خنثی هستند، تبدیل می شوند. PLA به دلیل زیست سازگاربودن و زیست تخریب پذیر بودن، به طورگسترده ای در پزشکی کاربرد دارد.این ماده به دلیل سهولت تغییر آبگریزی اش، بیشتر در فرمهای PLGA (کوپلیمری ازPLA وpoly(glycolide)(PGA))، استفاده میشود. نانوذرات PLA ازجمله امیدبخش ترین سیستمها برای دارورسانی و دارورسانی هدفمند، محسوب میشود. به منظور موثر بودن نانوذرات PLA می بایست الزامات ویژه ای مثل اندازه، بارسطحی، بازده کپسولاسیون و رفتارهای رهاسازی دارو به خوبی رعایت شوند. برای مثال، برای بافت تومور هدف از طریق هدفگیری غیرفعال و یا برای نفوذ به سدهای بیولوژیکی(مثل سد خونی مغز)، نانوذراتی کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر و ابعاد باریک مورد نیاز است. اما روشهای سنتی به نانوذرات PLA با ابعادی بیشتر از   ۱۰۰  نانومتر منجر می شود. 
شکل ۲ شمایی از شیوه تهیه نانوذرات PLA با قابلیت زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری را نشان می دهد.

 

شکل 2- شمایی از شیوه تهیه نانوذرات PLA با قابلیت زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری

3- روشهای ساخت PLA 

 

نانوذرات PLA بیشتر با روشهایی مثل تبخیرحلال، جابه جایی حلال، نفوذ حلال، پلیمرشدن امولسیونی، نمکی شدن، نانوترسیب وهم ترسیبی، تهیه می شوند. روش نمکی شدن برپایه جداسازی حلال قابل اختلاط با آب از محلول آبی با عاملهای نمکی همچون منیزیم کلرید یا کلسیم کلرید است و روش پلیمرشدن امولسیونی، برای فراهم کردن نانوذراتی با ابعادکمتر از۲۰ نانومتر، بسیار مناسب است. در این روش PLA با کمک کاتالیزور، باگروههای انتهایی آکریلات اصلاح می شود. ماکرومونومرهای حاصل ازطریق پلیمرشدن امولسیونی پلیمریزه میشوند تا نانوذرات پراکنده باریک تولیدکنند (شکل 2). تخریب پذیری و آبگریزی این نانوذرات توسط زنجیرههای جانبی PLA با طولهای مختلف،کنترل می شود. بااین روش نانوذرات PLA با قابلیت تخریب پذیری وآبگریزی در یک محیط واکنش ودر غیاب سورفاکتانت، به راحتی PEG دار می شوند. PLA می تواند با آکریلات و دیگرگروه ها نیز، عامل دار شود. 

1-3- اصلاح سطح
همانطورکه عنوان شد، نانوذرات PLA علاوه بر استفاده وسیع در دارورسانی به عنوان بخیه های جراحی و ایمپلنتهای بدن هم استفاده میشوند. اما به دلیل تحریک سیستم ایمنی بدن به عنوان جسم خارجی استفاده از آنها با محدودیت مواجه میشود. این امر به دلیل جذب سریع پروتئین ازسیال بیولوژیکی برسطح PLA است که معمولا باعث پاسخ ایمنی یا منعقد شدن خون میشود. برای حذف یا کاهش جذب سطحی پروتئین بر سطح زیست مواد و نانوذرات، ویژگی سطحی ابزارهای تحویلی می بایست اصلاح شود. سطوح باید آبدوست باشند و لایه های طبیعی پذیرنده باید بیشتر پذیرنده پیوند هیدروژنی باشند تا دهنده آن. به این منظور از ژلاتین یا دکستران برای پوشش PLA استفاده شده است. اما این اصلاح سطح ناموفق بود چرا که نانوذرات با سیستم رتیکولواندوتلیال، حذف میشدند. پلیمر Poly ethylene glycol  یا  (PEG), یا (poly(ethylene oxide)=PEO)به عنوان یکی ازموثرترین پلیمرهای ساخته شده است که از جذب پروتئین از سیال بیولوژیکی ممانعت میکند. در دارورسانی هدفمند، نانوذرات PEG دار شده به دلیل زمان طولانی مدت گردش در بدن ترجیح داده می شوند. پلیمرآبدوست (tocopheryl polyethylene glycol succinate یا TPGS)، نیز برای اصلاح سطح نانوذرات مورد استفاده قرار می گیرد. این پوشش هم با ایجاد موانع آبدوست، موجب دفع پروتئینهای پلاسما میشود. اصلاح سطح با TPGS موجب افزایش چسبندگی نانوذرات به سطح سلولهای تومور میشود. نانوذرات PLA-TPGS محیط ملایم تری را در مقایسه با PLA تنها ایجاد میکنند.شکل ۳ تهیه نانوذرات تخریب پذیر PLA، PEG دار شده با روش پلیمریزاسیون امولسیونی را نشان می دهد. 

 

شکل3- شمایی از پلیمریزاسیون امولسیونی برای تهیه نانوذرات تخریب پذیر PLA، PEG دار شده (SDS سورفکتانت)

4- انتقال دارو به بدن با حاملهای PLA

 

نانوحامل های PLA برای انتقال داروهای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است (جدول ۱).

1-4- کپسولاسیون داروی اعصاب (ساوکسپین) در نانوذرات PLA 
ساوکسپین ازطریق مسدودکردن گیرنده انتخابگر دوپامین D2 عمل میکند. نانواسفیرهای حامل ساوکسیپین با روش استخراج به شکل نمک، تهیه میشوند. بارگیری دارو به بالاتر از 16.7 % و بازده کپسولاسیون به بیشتر از 95% می رسد. مطالعات رها سازی در شرایط آزمایشگاهی نشان میدهندکه این نوع حاملهای دارویی تحویل گسترده دارو را در بیشتر ازیک هفته انجام میدهند. درمحیط بدن، نانوذرات بارگیری شده با داروی اعصاب ساوکسپین قادر به ایجاد سطوح پلاسمایی پایدار بعد از تزریق درون عضلانی یا درون رگی هستند. نانوذراتی که به شیوه عضلانی تزریق می شوند درناحیه تزریق باقی میمانند، درحالی که موارد تزریق شده در رگ، بیشتر درماکروفاژها متمرکز میشوند. از۶٠٠٠ PEG و۲٠٠٠٠ PEG به عنوان پوششی اضافی، در حین تهیه و کپسولاسیون نانوذرات PLA استفاده میشود. این پوششها درشرایط آزمایشگاهی وحداقل درپلاسما، موانعی حفاظتی را در مقابل جذب گسترده مونوسیتهای انسان، فراهم میکنند. تجزیه پروتئینهای پلاسماکه بر نانوذرات جذب شده اند و بررسیهای آزمایشگاهی بر سلولهای ایزوله شده، نشان دهنده برخی اختلافات بین مراحل فاگوسیت بین نانوذرات معمولی و نانوذرات پوشش دار است. 

2-4- کپسوله کردن داروهای جلوگیری از تنگی دوباره عروق (تیرفوستین ها ) در نانوذرات PLA
عارضه اصلی آنژیوپلاستی عروق کرونر تنگی دوباره عروق (ری استنوز) است که مسئول35- 40% شکست بلند مدت عمل آنژیو پلاستی عروق کرونر شناخته می شود. تشکیل لخته های جدید در عروق کرونری به تکثیر و مهاجرت سلولهای ماهیچه ای صاف (SMC) بستگی دارد. انتقال سیگنال از طریق فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF) و گیرنده های آن مسئول تنگی دوباره عروق پس از آنژیوگرافی است. تلاش های ناموفق برای کنترل تنگی دوباره عروق توسط مداخلات دارویی متداول بسیاری از پژوهشگران را وادار به تغییر رویکرد درمانی به سوی درمانهای موفق تری همچون روش تحویل موضعی دارو کرده است.گیرنده تیروزین کیناز در رد و بدل کردن سیگنال از غشای سلول نقش دارد، و تیروزین کیناز داخل سلولی در انتقال سیگنال در داخل سلول از جمله هسته شرکت می کند. تیرفوستین ها مولکولهای با وزن پائین هستندکه تیروزین کیناز را مهار می کنند. بنابراین جلوگیری از حلقه پاراکراین و اوتوکراین PDGFو bFGF ممکن می شود. این امر از طریق مهار گیرنده های فاکتورهای رشد مرتبط با فعالیت های تیروزین کیناز صورت می گیرد. تحویل داروی تیرفوستین از طریق سیگنالینگ بین غشایی بسیار ضعیف است. تحویل موضعی بازدارنده تیرفوستین (نام تجاری AG-1295) بارگذاری شده بر نانوذرات PLA به شریان کاروتید موش هیچ تاثیری بر فعالیت پرولیفراتیو و ایجاد لخته جدید در شریان آنژیوپلاستی شده نداشت که نشانگر اثر ضد مهاجرت AG-1295 بر سلول های عضلانی صاف است.
 

جدول ١- دارو های حمل شده با نانوذرات PLA

3-4- کپسولاسیون هورمون ها (پروژسترون) در نانوذرات PLA 
پروژسترون هورمونی استروئیدی است. پروژسترون بارگیری شده با نانوذرات PLA-PEG-PLA با روش تبخیر حلال بدست می آید. بازده گیراندازی دارو در حدود %٥ ± ۷٠ با ابعاد١٠٠ ±۲۶٠-٣۲٠ نانومتر گزارش شده است. این اختلاف، به اندازه نانوذرات PLA به دلیل اصلاح سطح با PEG با وزن مولکولی متغیر(۶٠KDa-١۲٠) مربوط می شود. نانوذرات بزرگتر تهیه شده با PEG های با وزن مولکولی مختلف، رهاسازی بیشتری به نسبت نانوذرات PLA اصلاح نشده دارند. مقدار رهاسازی دارو با افزایش محتوای PEG و افزایش وزن مولکولی کوپلیمرهای PLA-PEG-PLA، افزایش می یابد و وزن مولکولی کل کوپلیمر نانوذرات، کاهش می یابد. رهاسازی انفجاری اولیه دارو با حذف قسمتهای با وزن مولکولی کم از پلیمر،کاهش یافت. به نظرمیرسدکه رهاسازی نانوذرات PLA-PEG-PLA با قسمت های آبدوست قرارگرفته بر پلیمر مادر آبگریز(PLA)، کنترل می شود.

4-4- کپسولاسیون اوریدونین در نانوذرات PLA 
اوریدونین، یک دی ترپنوئید طبیعی(ترپنوئید: هیدروکربنی غیر اشباء با فرمولC10H16 است که درروغنهای ضروری یافت میشود)، است. این ماده موجب توقف رشد شده و سلولها را از لنفوئید بدخیم متلاشی میکند. موفقیت کاربرد کلینیکی آن به علت حلالیت کم در محیط آبی و شاخص درمانی پایین، بسیار محدود است. اوریدونین بارگیری شده با نانوذرات پلی (لاکتید اسید) با روش نفوذ همزمان امولسیون- حلال تهیه شد. بازده بارگیری۸٣/١%±۸۸/٩۸ و میزان واقعی بارگیری دارو در نانوذرات برابر با %٠٥/٠±٣۲/۲ می باشد. نتایج فارماکوسنتیک نشان میدهدکه اوریدونین کپسوله شده در نانوذرات PLA به طور بارزی درگردش طولانی مدت اوریدونین درخون، موثراست. بعد از تزریق وریدی نانوذره اوریدونین-PLA غلظت پایدار و بالای اوریدونین درکبد، ریه و طحال گزارش شد. درحالی که توزیع این دارو در قلب و کلیه ها، به مقدار قابل توجهی کاهش یافت. 

5-4- کپسولاسیون پروتئین (BSA) در نانوذرات PLA 
پلیمر قورباغه ای شکل مونو(۶-(۲-آمینواتیل)آمینو-۶-داکسی)ß-سیکلودگسترین-PLA، برای کپسوله کردن موفق آلبومین سرم گاوی (bovine serum albumin, BSA) با روش امولسیون دوگانه و نانو ترسیب، تهیه شد. بازده کپسولاسیون بیشتر از % ۶/۷١ بود. نتایج نشان دادند که کوپلیمر جدید، میتواند به طور موثر BSA را بارگیری کرده و BSA بعد از رهاسازی از نانوذره پایدار باقی می ماند. کپسولاسیون موفق و تحویل پروتئینهای مربوط به بیماریهای گوناگون با این روش، امیدهای تازه ای را برای پروتئین درمانی، ایجاد می کند. 

5-  مشخصات رهاسازی

 

هاسازی دارو از نانوذرات پلیمری به دلیل کاربردهای متصور شده در دارورسانی ممتد، یکی از مهمترین ویژگیهای فرمولاسیون دارو/پلیمرمحسوب می شود. فاکتورهای گوناگونی بر سرعت رهاسازی داروهای گیرافتاده را موثراست. ذرات بزرگتر نسبت به ذرات کوچکتر، رهاسازی اولیه انفجاری کمتر و رهاسازی ممتد طولانی تری دارند. علاوه بر این بارگیری زیادتر دارو موجب انفجار بزرگتر و رهاسازی سریع تری میشود. برای مثال نانوذرات PLA حاوی ساوکسیپین 16.7 %، درمقایسه با نانوذرات حاوی ساوکسیپین ۱/۷ % که محتوای خود را طی سه هفته آزاد میکند، % ۹۰ دارو را طی ۲۴ ساعت رهاسازی میکند. به نظر می رسد که رهاسازی انفجاری اولیه به علت گیراندازی ضعیف دارو و یا جذب دارو در بیرون ذرات باشد. وقتی از پلیمرهایی استفاده میشودکه با دارو پیوند می دهند مثل PLGA که حاوی گروههای COOH آزاد است و یا پروتئینها، رهاسازی انفجاری کمتر میشود و در برخی حالات حتی از بین میرود و رهاسازی دارو طولانی میشود. همچنین افزودن سایر پلیمرها به پلیمرهای پایه PLA میتواند برای رهاسازی کنترل شده دارو مورد استفاده قرارگیرد. مقدار رهاسازی دارو(پروژسترون)، از کوپلیمر PEG - PLA، با وزن مولکولی کوپلیمر، افزایش می یابد. حضور PEG در کوپلیمر، اندازه ذرات و تخریب پلیمرها را تحت تاثیر قرار می دهد. تاثیرات مشابهی با نانوذرات PLGA-mPEG بارگیری شده با سیس پلاتین مشاهده شد. این امکان وجود دارد که بتوان سرعت رهاسازی دارو را با تغییر مقدار PEG درکوپلیمر و وزن مولکولی پلیمرها، تغییر داد.

 

شکل4- فرمولاسیون داروی ضد سرطان نانوذرات پاکلی تاکسلPtxl– PLA، i: نانوترسیب Ptxl– PLA،ii: نانوترسیب Ptxl– PLAپس از پوشش دادن PLA-PEG، iii: هم ترسیبی Ptxl– PLA و PLA-PEG، NPP= nanoprrecipitatio, CPP= co- precipitation

 بحث و نتیجه گیری

نانوپلیمری مثل PLA به عنوان ابزارهای دارورسانی جدید شناسایی شده ومثل سایر فناوری ها کانون تحقیقات عظیمی قرارگرفته است. این نانوذرات هم مثل سایر ابداعات حائز فواید و مضراتی خواهند بود. در بحث فوق به نمونه های موفق PLA در دارورسانی داروهای مختلف، اوریدونین، پروژسترون، تیرفوستین، ساوکسپین وپروتئین (BSA)، پرداخته شد. در اکثر موارد اصلاح سطح موجب بهتر شدن شرایط حمل می شود، اما همانگونه که در متن گفته شد اصلاح سطح داروی گلسیریزین با PEG چندان موثر نیست.
 

منابـــع و مراجــــع

[1] Kumari. A, Yadav,S. K., Yadav, S. C., “Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems”., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,Vol, 75.,pp, 1–18., 2010.

[2] Athanasiou, K A., Niederauer, G G., “ Sterilization, Toxicity, Biocompatibility and clinical applications of polylactic acid/ polyglycolic acid copolymers” ., Biomaterials, Vol, 17, No,2, pp, 93-102. 1998