CC BY
2756
УДК 615.45 : 615.032 : 615.015 : 612.111 : 612:112
НАПРАВЛЕННЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ
А.Г. ИВОНИН*,****, Е.В. ПИМЕНОВ*,****, В.А. ОБОРИН**, Д.А. ДЕВ-РИШОВ***, С.Н. КОПЫЛОВ****
*Лаборатория сравнительной кардиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
**Вятский государственный гуманитарный университет, г. Киров ***Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, г. Москва
****Вятская государственная сельскохозяйственная академия, г. Киров alexivonin@mail.ru
В обзоре приведено описание существующих систем направленного транспорта лекарственных средств в органы-мишени. Представлены данные об использовании белковых векторов, наночастиц, искусственных и естественных контейнеров в адресной доставке лекарственных препаратов различных групп. На основании анализа работ российских и зарубежных ученых сделан вывод о том, что одними из наиболее перспективных носителей лекарств в силу безопасности, простоты получения и эффективности применения в клинической практике являются аутологичные клетки крови.
Ключевые слова: лекарственные препараты, направленный транспорт, система доставки лекарств, векторы, наночастицы, липосомы, эритроциты, лейкоциты
A.G. IVONIN, E.V. PIMENOV, V.A. OBORIN, D.A. DEVRISHOV, S.N. KOPYLOV. DIRECTED TRANSPORT OF DRUGS: CURRENT STATE AND PROSPECTS
This review describes the existing systems of directed transport of drugs to target organs. Information on the use of protein vectors, nanoparticles, artificial and natural containers in targeted drug delivery of various groups is given. Basing on the analysis of works by Russian and foreign scientists the conclusion is made that one of the most promising drug carriers owing to safety, simplicity of obtaining and efficiency of use in clinical practice are autologous blood cells.
Key words: drugs, directed transport, drug delivery systems, vectors, nanoparticles, liposomes, erythrocytes, leukocytes
Одной из ведущих тенденций, проявляющихся в современной фармакологии, является создание систем направленного транспорта лекарств [1, 2]. Предпосылкой к её появлению явилось то обстоятельство [3], что препарат, введенный в организм традиционными способами, распределяется в нем относительно равномерно, проникая не только в органы-мишени, где он должен проявить терапевтический эффект, но и в другие органы, где действие препарата может носить негативный характер, тем больший, чем большая доза использовалась. При этом лекарственное вещество достигает своих биологических мишеней в концентрации, значительно меньшей по сравнению с необходимой терапевтической, что вынуждает использовать дозы, которые на один-два порядка превышают теоретически необходимые [4].
Реализация целенаправленного концентрирования лекарственного препарата исключительно или хотя бы преимущественно в зоне, охваченной
патологическим процессом, позволяет резко снизить нежелательные реакции организма на медикаментозное воздействие, сократить терапевтическую дозу лекарства и кратность его введения [5, 6]. В связи с этим по эффективности и минимальной токсичности направленный транспорт фармакологических средств сравнивается с «точечным бомбовым ударом» [2].
Впервые о возможности адресной доставки лекарств заговорил в конце XIX в. великий немецкий бактериолог П. Эрлих, предложив термин «волшебная пуля», подразумевающий препарат, который избирательно находит в организме и убивает опухолевые клетки, не повреждая при этом здоровые ткани (цит. по [3]). С тех пор селективное воздействие фармакологических агентов на определенные клетки и ткани in situ остается предметом многочисленных исследований. Сегодня наука уже вплотную подошла к решению данной проблемы. Это удалось осуществить благодаря разработке и
внедрению в клиническую практику методов направленного транспорта лекарств, которые в настоящее время достаточно разнообразны.
Для обеспечения направленности действия лекарств предложено использовать регионарное введение препаратов. Примерами подобных методов служат: внутрисуставное введение гормональных препаратов при лечении ревматоидного артрита; введение цитостатиков непосредственно в сосуд, питающий опухоль; внутрикоронарное введение тромболитических ферментов при терапии, вызванного тромбозом инфаркта миокарда [6]. Применение регионарного введения лекарств в перечисленных случаях показало высокую эффективность. В то же время очевидно, что данный подход не может претендовать на универсальность, кроме того, его применение требует наличия достаточно сложной аппаратуры контроля.
Начиная с 70-х гг. XX в. изучается возможность создания систем доставки лекарств непосредственно к патологическому очагу путем связывания молекул лекарственного вещества и неких других молекул (векторов), обладающих тропно-стью к определенным клеткам (метод «мечения»), а также путем заключения молекул лекарства в «биоактивные» капсулы на основе полупроницаемых искусственных или естественных мембран (метод «упаковки») [3, 6, 7].
Направленный транспорт лекарственных препаратов с помощью векторов
В качестве векторов для доставки лекарственных препаратов рассматриваются гормоны, ферменты, пептиды, антитела, гликопротеиды, гликолипиды, вирусы [6, 8-10]. Подход с использованием гибридных конструкций (конъюгатов) типа «белковый вектор - химиопрепарат» получил применение в разработке противораковых препаратов. Избирательность действия таких конъюгатов достигается либо за счет наличия на поверхности опухолевых клеток специфических рецепторов, «узнаваемых» векторным белком или антителом, либо за счет значительно более высокого уровня рецепторов векторного белка на поверхности опухолевых клеток по сравнению с нормальными [8, 9].
Конъюгация препарата с белковым вектором может быть осуществлена с помощью химической сшивки (в простейшем случае - дисульфидная или тиоэфирная связь), полиэтиленгликолевого или полипептидного линкера (рис. 1). В любом случае, способ конъюгации должен удовлетворять двум основным критериям: высокий выход реакции и возможность внутриклеточного расщепления [11].
Белковый вектор Лекарственный
препарат
Рис. 1. Структура конъюгата «вектор - лекарство».
В ряде работ опубликованы данные об успешном применении конъюгатов, созданных на основе цитотоксических антибиотиков и векторных молекул, для направленной доставки антибиотиков в опухолевые клетки. Конъюгирование белка а-фе-топротеина (а^Р), обладающего сродством к поверхности раковых клеток, с цитотоксическими антибиотиками (доксорубицин, карминомицин) позволило существенно увеличить их противораковую эффективность, что было продемонстрировано в экспериментах на мышах [12]. Белок трансферрин (ТЛг) нашел применение как вектор для направленного транспорта противораковых препаратов к опухолевым клеткам, характеризующимся повышенным уровнем экспрессии ТЛг-рецепторов. ТЛг-спе-цифичная внутриклеточная доставка была достигнута конъюгацией трансферрина с противоопухолевыми препаратами (доксорубицин, дауноруби-цин) и белковыми токсинами, в частности с рицином [13]. Пептидный гормон гонадолиберин (LHRH) предложено использовать для доставки лекарств к опухолевым клеткам молочной железы, яичников и простаты, имеющим на своей поверхности повышенное количество LHRH-рецепторов. Для конъюгата, состоящего из LHRH, полиэтиленгликоля и камптотецина, была показана высокая противоопухолевая активность на мышах [14]. Достаточно широко в качестве нацеливающих молекул применяются моноклональные антитела (мкАТ) к различным рецепторам на поверхности раковых клеток (ТЛг-рецепторы, рецептор фактора роста эпителия (EGFR), CD-рецепторы). Также иногда используют радиомеченные мкАТ, которые связываются с клеткой и вызывают ее гибель за счет присутствия в их структуре радионуклидов. Применение конъюгатов на основе мкАТ к рецепторам часто бывает эффективней, чем использование в качестве векторов естественных лигандов [15]. В то же время эффективному применению мкАТ в онкологии препятствует гетерогенность опухолей [16]. Так, далеко не все опухолевые клетки в конкретном неопластическом очаге могут содержать рецепторы, с которыми связывается данное антитело. В результате часть клеток будет «ускользать» от терапевтического действия препаратов, доставляемых к опухоли при помощи мкАТ.
Использование в качестве векторов вирусных частиц является одной из основ генной терапии -лечения наследственных, мультифакторных и инфекционных заболеваний путем введения экзогенного генетического материала в клетки пациентов с целью направленного изменения генетических дефектов или придания отдельным клеточным орга-неллам новых свойств [10]. Вирусы обеспечивают избирательность доставки генетического материала в строго определенные ткани и клетки, поскольку каждый вирус способен репродуцироваться только в клетках определенного типа [17]. Но наряду с несомненными достоинствами вирусные векторы имеют и ряд существенных недостатков. Так, ретровирусные системы способны активировать онкогены и блокировать опухолевые супрессорные гены в инфицированных клетках [18], аденовирус-
ные системы способны продуцировать токсичные вирусные белки и вызывать сильный иммунный ответ [19].
Новым направлением в биомедицине является разработка способов адресной доставки лекарств с использованием в качестве векторов различных наноструктур [7, 10, 20]. Показано, что на-норазмерные формы углерода (фуллерены, нанотрубки) обладают высокой проникающей способностью по отношению к биомембранам и, что весьма важно, могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и являться транспортерами для лекарственных препаратов. В перспективе это может быть использовано для расширения терапевтических возможностей лечения онкологических и нейроде-генеративных заболеваний, а также нейроинфекций [21]. Наночастицы золота, наносферы и наностержни, сформированные молекулами золота и никеля, наночастицы железа, обладающие магнитными свойствами, и другие наноструктуры, содержащие металлы, начинают весьма эффективно использоваться при адресной доставке фармакологических средств в клетки [22-24].
Для создания систем направленного транспорта лекарств, помимо неорганических нанораз-мерных частиц, предложено применение биологических и биогенных нанотранспортных средств [10]. На основе комплексов белков с нуклеиновыми кислотами сегодня конструируются бионаномашины, способные выполнять важные биологически целесообразные «задания», в том числе корректировать течение патологических процессов в организме. Например, для коррекции метаболизма и цитокино-вой активности макрофагов в зоне ишемии при остром инфаркте миокарда используются инженерные наноконструкции, построенные из полиаргинин-гуанидиндеривата, антибиотика и а-2-макроглобу-лина, связывающегося с так называемыми рецеп-тор-родственными белками (LRP-рецепторами) на клеточной поверхности [7]. Несомненно, что применение векторов на основе наночастиц для направленного транспорта лекарств является весьма перспективным направлением исследований, однако сегодня оно находится лишь на начальной стадии развития. Кроме того, остается открытым вопрос о возможных побочных эффектах применения наночастиц в биомедицине [25].
Направленный транспорт лекарственных
препаратов в искусственных контейнерах
Для создания лекарственных форм, способных избирательно доставляться к органам-мишеням, разработаны подходы, основанные на пространственном отделении лекарственного препарата от внешней реакционной среды путем помещения его в искусственные микро- и наноконтейнеры [3, 5, 6].
Одним из первых способов, предложенных для достижения данной цели, явилось создание липосомальной формы лекарственных препаратов. Липосомы представляют собой искусственно получаемые сферические частицы (рис. 2) диаметром от 20 нм до 50 мкм, образованные из одного или не-
=о
/ \
Гидрофобный Гидрофильная "^вост" 'Уоловка"
Молекула фосфолипида
Липосома
Рис. 2. Схематичное строение липосомы, состоящей из одного бислоя фосфолипидов (по [27]).
скольких бимолекулярных слоев фосфолипидов и содержащие внутри воду или раствор [26, 27].
История изучения липосом начинается с 60-х гг. ХХ в., когда было установлено [28], что фосфолипиды, являющиеся основными компонентами клеточных мембран, способны самопроизвольно формировать в воде замкнутые мембранные оболочки, которые захватывают и удерживают часть окружающего водного раствора, а образующая их фос-фолипидная мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера.
Липосомы как носители лекарственных средств характеризуются следующими преимуществами: полученные из природных фосфолипидов они био-деградируемы и биосовместимы, мембрана липо-сом может сливаться с клеточной и обеспечивать доставку содержимого в клетку. В липосомы способны включаться различные вещества, в том числе ферменты, гормоны, пептиды, витамины, антибиотики, иммуномодуляторы, цитостатики. При этом низкомолекулярные водорастворимые препараты содержатся преимущественно во внутренней водной фазе липосом, а высокомолекулярные ли-пофильные препараты сорбируются на их внутренних поверхностях, в основном за счет образования водородных связей с полярными группами липидов. Еще одним важным достоинством использования липосом в качестве носителя служит постепенное высвобождение лекарства, увеличивающее время его действия [3, 26].
Для повышения тропности липосом к определенным органам и тканям их изготавливают из фосфолипидов и гликолипидов, изолированных из этих органов. Согласно данным, представленным в работе [29], наилучшим гликолипидом для липосом в отношении их переноса в ткани головного мозга и печени является сульфатид, в ткани селезенки -ганглиозиды, в ткани легких - сфингомиелин. Человеческий а-интерферон, иммобилизованный в ли-посомы, мембрана которых построена из фосфати-дилхолина, холестерина и сульфатида, после внут-рибрюшинного введения в большей степени обнаруживается в крови, печени, селезенке и опухолевой ткани мозга [30].
С целью обеспечения направленного транспорта липосом предлагается фиксировать на их поверхности специфические антитела против соответствующих тканевых антигенов или молекулы-посредники, обладающие двумя типами сродства: с одной стороны - к клеткам макроорганизма, с дру-
гой - к липосоме [29]. Липосомы, к поверхности которых присоединены мкАТ или их фрагменты ^аЬ-фрагменты мкАТ), получили название иммунолипо-сом [31].
На сегодня разработаны липосомальные формы противоопухолевых препаратов, таких как доксо-рубицин, метотрексат, винбластин, актиномицин, L-аспарагиназа, а также ряда пептидов, полиеновых антибиотиков, бычьего инсулина, противовоспалительных кортикостероидных препаратов - кортизона, гидрокортизона, дексаметазона. Весьма перспективным выглядит использование липосомальных форм препаратов для лечения внутриклеточного паразитизма (лейшманиоз, малярия, токсоплазмоз). Экспериментальным путем установлено, что липосомаль-ная форма сурьмы подавляет размножение лейшма-ний в клетках печени в сотни раз эффективнее, чем обычная, при этом токсическое действие препарата существенно снижается. Актуальной представляется проблема инкапсулирования в липосомах и внутриклеточного введения нуклеиновых кислот [3].
В то же время липосомальные системы транспорта имеют ряд существенных недостатков, к основным из которых можно отнести быструю деградацию в кровеносном русле, доступность для лизиса клетками ретикулоэндотелиальной системы, а также малое количество транспортируемого соединения, ограниченное внутренним объемом липосомы [32]. Липосомы могут блокировать легочные капилляры, вызывать повышение уровня глюкозы в крови, приводить к нарушению свертываемости крови и обмена холестерина [5]. Широкое применение липосом сдерживается высокой стоимостью липосомальных форм лекарственных средств [3].
В настоящее время ведется интенсивная работа по устранению данных недостатков. Для увеличения продолжительности циркуляции липосомных частиц в кровотоке предложен метод их стерической стабилизации путем покрытия полиэтиленгликолем. Тем не менее, подобная обработка осложняет высвобождение препарата из липосом и способствует проявлению аллергических реакций [33].
В качестве контейнеров для препаратов с противовирусной, противораковой и антибактериальной активностью предлагается использовать наноразмерные структуры: фуллерены и углеродные трубки [34, 35]. Уникальные свойства фуллере-нов обусловлены их высокой реакционной способностью за счет большого количества свободных валентностей углерода. Одним из способов их введения в организм является инкапсуляция в липидную везикулу [36]. Однако для применения в биомедицине чистые фуллерены малопригодны в силу их нерастворимости в водных растворах и, как следствие, ограничений по используемым концентрациям. Функционализация фуллеренов делает эти соединения биодоступными и, следовательно, более эффективными для исследований в биосистемах [37]. Производные фуллерена С60 являются перспективными реагентами широкого спектра действия, обладающими нейропротекторным [37] и антибактериальным [38] действием, а также способностью ингибировать протеазу ВИЧ-1 [39].
Углеродные нанотрубки обладают повышенным сродством к липидным структурам. Кроме того, они способны образовывать стабильные супрамо-лекулярные комплексы (ансамбли) с пептидами и нуклеиновыми кислотами [40, 41] и инкапсулировать эти молекулы [42, 43]. Данное свойство определяет использование нанотрубок в области создания систем доставки вакцин и генетического материала [10]. Как и в случае с фуллеренами, функ-ционализация нанотрубок повышает эффективность их использования в качестве контейнеров. Углеродные нанотрубки, поверхность которых была модифицирована аммонийными группами и остатками аминокислоты лизина, успешно использовали для доставки плазмидной ДНК рСМ^Вда!, экспрессирующей р-галактозидазу, в клетки млекопитающих [44].
Как эффективные средства для доставки лекарственных средств выступают нанокомпозитные полиэлектролитные капсулы [20]. Для их получения применяется метод полиионной сборки, заключающийся в последовательной адсорбции противоположно заряженных молекул полиэлектролитов на поверхности коллоидных частиц с последующим растворением и удалением исходного темплата [45]. При помощи данного метода могут быть получены капсулы, отличающиеся широким диапазоном размеров (от 50 нм до 50 мкм) с возможностью выбора в качестве материала оболочки практически любых синтетических и природных полиэлектролитов [45, 46], липидных бислоев, неорганических наночастиц (к примеру, наночастиц серебра, золота или оксида железа (II)) [47, 48] и ионов многовалентных металлов; с контролируемой толщиной и многофункциональностью стенок капсулы; их контролируемой проницаемостью для любых низко- и высокомолекулярных соединений [49]. В состав оболочек таких микрокапсул на этапе синтеза вводят неорганические наночастицы магнетита FeзO4 с сильно выраженными магнитными свойствами, что позволяет управлять движением капсул при приложении внешнего магнитного поля [20].
В то же время представленные в литературе данные о применении наноразмерных структур в качестве контейнеров для направленного транспорта фармакологических препаратов в клетки-мишени пока являются немногочисленными (за исключением липосом), а вопросы биологической безопасности наноматериалов остаются недостаточно изученными. В настоящее время имеются сведения о токсичности фуллеренов [50] и углеродных нанотрубок [51] для различных клеточных линий млекопитающих.
В 70-80-х гг. прошлого столетия в качестве искусственных «биоактивных капсул» для направленного транспорта лекарств были предложены микрокапсулы из нейлона [52] и человеческого альбумина [53]. Однако подобные носители фармакологических агентов имели ограничения по диапазону и количеству лекарств, а также обладали целым рядом побочных эффектов (нарушение микроциркуляции, иммуногенность, токсичность), в связи с чем не получили распространения.
Форменные элементы крови как носители лекарственных препаратов
Отдельным направлением, сформировавшимся в результате изучения возможности транспортировки лекарств к патологическому очагу, является разработка систем доставки, в которых в качестве носителей используются естественные контейнеры - форменные элементы крови человека или животных, не покрытые соответствующими антителами к клеткам-мишеням [2, 3]. Методы, предполагающие использование аутоклеток крови для модификации их свойств с целью создания внутриклеточного депо препарата и осуществления направленного транспорта, объединяют под общим названием «экстракорпоральная фармакотерапия». Получаемые при этом клетки обозначаются термином «фармакоциты». Подобные системы доставки наиболее выгодны с точки зрения их биологической совместимости [1, 54].
Направленный транспорт лекарств эритроцитами. С позиции экстракорпоральной фармакотерапии наиболее перспективным представляется использование в направленном транспорте эритроцитов - самых многочисленных клеток крови с целым рядом желательных морфологических и физиологических характеристик. Достоинствами эритроцита как носителя лекарственных препаратов являются: высокая степень биологической совместимости, особенно при использовании аутологичных клеток; способность к биологическому разложению и как следствие отсутствие токсических продуктов деградации; длительность циркуляции в кровотоке, существенно превышающая аналогичные показатели для искусственных носителей; возможность загрузки широкого спектра фармакологических препаратов; относительно инертная внутриклеточная среда, защищающая поставляемый препарат от инактивации эндогенными факторами; простота получения из крови в количестве, необходимом для загрузки терапевтической дозы препарата [55-57].
Относительным недостатком применения эритроцита в качестве микроконтейнера для направленного транспорта лекарств является его сравнительно большой объем (около 90 мкм3), исключающий проникновение эритроцита в ткани и тем самым ограничивающий область его избирательной доставки только мишеням, доступным для кровотока. Недостатком эритроцитов по сравнению с другими носителями можно считать и постоянство их свойств [55].
Реализацию терапевтического эффекта лекарственного средства, заключенного в эритроцит, связывают с его медленным высвобождением в процессе циркуляции и непосредственно целенаправленным поступлением к клеткам ретикулоэн-
дотелиальной системы. В последнем случае модифицированные эритроциты захватываются и лизи-руются преимущественно макрофагами селезенки и печени, создавая в этих органах высокие локальные концентрации препарата [1]. Эритроциты с минимальным уровнем повреждений разрушаются большей частью селезенкой. Носители со значительной степенью повреждений разрушаются преимущественно печенью [5]. В то же время в работе
[58] указывается, что эритроцитам принадлежит главная роль в обеспечении эффекта направленности доставки лекарств и в легочную ткань. Будучи измененными в процессе экстракорпоральной обработки, эритроциты секвестируются в капиллярах малого круга кровообращения, что обеспечивает повышение концентрации препарата, ассоциированного с клетками, в ткани легких.
Включение в эритроциты фармакологических агентов может быть осуществлено различными ме-
Самым распространенным из перечисленных методов является гипоосмотический лизис, при использовании которого эритроциты помещают в солевой раствор пониженной ионной силы. Лизису предшествует набухание клеток до достижения критического объема и давления. При этом мембрана эритроцита лопается с образованием пор, которые в зависимости от условий могут иметь размеры от десятков ангстрем до 1,0-2,0 мкм. Через образовавшиеся поры вещества, подлежащие включению, поступают из внешней среды внутрь эритроцитов (рис. 4). При восстановлении тонично-сти раствора до исходного уровня целостность поврежденной мембраны эритроцитов может восстанавливаться [5, 55, 59].
Нагруженные подобным способом эритроциты способны длительно циркулировать в кровотоке. В то же время выход из клеток большей части содержимого в ходе гемолиза приводит к образованию так называемых «теней» эритроцитов, которые in vivo достаточно быстро уничтожаются фагоцитами. Метод гипоосмотического лизиса при получении эритроцитарных контейнеров используется в нескольких модификациях, включая диализный ме-
тодами, основные из них представлены на рис. 3.
Рис. 3. Методы включения в эритроциты лекарственных веществ.
Рис. 4. Основные этапы метода гипоосмотического лизиса эритроцитов (по [59]). Черные кружки - молекулы вещества, подлежащего включению в эритроциты.
тод, при котором в эритроцитах в наибольшей степени сохраняются аденозинтрифосфат (АТФ) и цитоплазматические ферменты, что обеспечивает высокий выход жизнеспособных «запечатанных» клеток [5].
Для загрузки лекарственных препаратов в эритроциты также применяется метод электропорации. При этом суспензию эритроцитов вместе с включаемым веществом в изотоническом растворе помещают в пульсирующее электрическое поле напряженностью до 20 кВ/см при длительности импульсов от нано- до микросекунд. Превышение трансмембранного потенциала критической величины 1 В приводит к временному образованию пор в клеточной мембране. В соответствующей среде перфорация клеток идет без гемолиза, позволяя готовить эритроцитарные контейнеры, длительно живущие in vivo. Преимуществом метода является возможность инкапсулировать нерастворимые в цитоплазме компоненты [60].
Ряд биологических веществ может быть включен в эритроциты при индукции эндоцитоза. Суть этого способа в том, что под действием определенных фармакологических агентов происходит инвагинация (впячивание) участка мембраны эритроцита с последующим образованием в цитоплазме мембранных пузырьков с внеклеточным содержимым
[59]. Кроме того, многие препараты способны включаться внутрь эритроцитов и по обычным транспортным механизмам. Выход таких лекарств из носителей, введенных в кровеносное русло, может быть задержан на часы, сутки и даже недели, что делает возможным пролонгирование эффекта [61].
Высвобождение препаратов из эритроцитар-ных носителей осуществляется тремя различными путями. Первый - это простая диффузия препаратов через мембрану, характерная для липофиль-ных соединений (метотрексат, цианокобаламин, дексаметазон). Второй - активный транспорт препаратов через мембрану с вовлечением специфических механизмов. Третий - выход препаратов из клеток-носителей в результате разрушения последних, что свойственно лекарственным препаратам с высокой полярностью (гентамицин, гепарин,
аспарагиназа, пептиды). В то же время такое подразделение весьма условно, поскольку разрабатываются способы модификации мембраны эритроцитов, а также комплексы препаратов с другими молекулами, что ведет к изменению особенностей высвобождения препарата из клетки [1, 5].
Впервые введение химических соединений в эритроциты было осуществлено в 1953 г. в ходе попытки загрузить АТФ в эритроцитарные «тени» [62]. В 1973 г. было описано сообщение об успешной герметизации в эритроцитарных «тенях» терапевтических препаратов для непосредственной доставки к органам-мишеням [63].
На данный момент имеется ряд публикаций, рассматривающих эритроциты как систему для направленного транспорта лекарств. В работе [64] сообщается о применении антигипоксантов и ингибиторов протеолиза (рибоксин, контрикал) в эрит-роцитарных контейнерах при комплексной терапии гепаторенального синдрома. При этом отмечено купирование проявлений гепато- и нефропатий по целому ряду клинических и лабораторных признаков в 1,5-2 раза быстрее по сравнению с традиционной терапией.
Способность аутологичных эритроцитов воздействовать на процессы иммунокоррекции позволила рассмотреть возможность их применения с позиций иммунофармакотерапии. В работе [65] описаны возможности связывания эритроцитами тимических пептидов, глюкокортикоидных гормонов и некоторых других биологически активных веществ и использование этого феномена при коррекции иммунитета.
В онкологии предложено применять эритроциты в качестве переносчика фермента L-аспара-гиназы, который при введении в кровь вызывает гибель аспарагинзависимых лейкозных клеток [5]. Такие препараты, как адриамицин, блеомицин, метотрексат, введенные в строму эритроцитов, положительно зарекомендовали себя при лечении опухолей печени. В лаборатории физической биохимии крови Гематологического научного центра РАМН с 1989 г. исследуются эритроциты, нагруженные ру-бомицином (дауномицином). Показано, что данные
препараты способны быстро включаться в клетки и концентрироваться в них, при этом заметно снижаются их токсические эффекты [1].
Большое внимание исследователей уделяется возможности транспорта эритроцитами антибактериальных препаратов. В работе[66] оценивалось включение различных антибиотиков в «тени» эритроцитов при гипоосмотическом гемолизе. Наибольшим включением в эритроцитарные «тени» характеризовались аминогликозиды (канамицин, гентамицин). Полученные результаты позволили обосновать применение метода направленного транспорта канамицина в «тенях» эритроцитов для лечения гнойно-воспалительных заболеваний желчных путей и выявили большую его эффективность по сравнению с традиционным внутривенным способом введения. Интересным моментом явилось отсутствие антибиотиков в сыворотке крови и моче лабораторных животных, вводимых с помощью модификации эритроцитарной массы, что указывало на возможность формирования необратимого комплекса «эритроцит - антибиотик».
В работе [67] при исследовании фармакокинетики амикацина, введенного в организм белых крыс в эритроцитарных носителях, показано преимущественное накопление препарата в тканях печени и легких. Дополнительная обработка мембраны нагруженных эритроцитов глутаральдегидом стимулировала их узнавание купферовскими клетками и приводила к существенному повышению концентрации амикацина в печени, тогда как в других органах концентрация антибиотика была существенно ниже.
Направленный транспорт лекарств лейкоцитами. Другим направлением в экстракорпоральной фармакотерапии является использование аутолейкоцитов. Механизм действия лейкоцитарных носителей связывают со следующим [68]: после насыщения лекарственными веществами и возврата в кровоток лейкоциты за счет хемотаксиса мигрируют непосредственно в очаг воспаления, где путем стимулированного экзоцитоза или после своего разрушения высвобождают пиноцитированный во время инкубации лекарственный препарат. Из-за замедленного выделения препарата из лейкоцитов в сосудистом русле значительно удлиняется, по сравнению с обычным введением, период сохранения в крови эффективных терапевтических концентраций. Проведение направленного транспорта в данном случае обеспечивается получением лейкоцитов при помощи цитафереза.
В работе [69] показано, что применение направленного транспорта антибиотиков в аутологичных лейкоцитах в комплексном лечении больных с острыми воспалительными заболеваниями почек позволяет значительно уменьшить частоту гнойносептических осложнений, сократить длительность стационарного лечения. Для повышения фиксации антибактериальных препаратов клетками авторы облучали лейковзвесь гелий-неоновым лазером с длиной волны 633 нм.
Имеются данные об успешном использовании лейкоцитов в качестве естественного носителя при проведении направленного транспорта анти-
биотика цефтазидима при комплексном лечении пациентов с тяжелыми формами пневмонии [70]. Включение указанной методики в комплексную терапию сопровождалось достоверным снижением сроков госпитализации и летальности, а также более редким развитием осложнений пневмонии.
Направленный транспорт лекарств аутогенной клеточной массой крови. Наконец, в качестве варианта своего развития технология адресной доставки фармакологических средств рассматривает использование аутогенной клеточной массы крови, получаемой в ходе плазмафереза. Включение различных антибиотиков в аутоклетки крови с целью их дальнейшей доставки в патологический очаг изучено в работе [71]. Авторами выявлена способность таких препаратов, как фторхино-лоны, рифампицин, клиндамицин, тетрациклины и хлорамфеникол, концентрироваться внутри клеток. Для улучшения связывания антибиотика с форменными элементами крови и создания устойчивого комплекса «препарат - носитель» было предложено дополнительно инкубировать полученную в результате отделения плазмы крови цитовзвесь с корректором связывания - АТФ, изменяющим микровязкость мембран клеток и способствующим более выраженному насыщению клеток препаратом.
При применении методики реинфузии клеточной массы крови с антибиотиками (цефалоспо-ринами, фторхинолонами) и даларгином при лечении людей, больных панкреонекрозом, отмечено повышение концентрации препаратов в очаге поражения, снижение эндогенной интоксикации, положительные сдвиги клеточного и гуморального иммунитета, уменьшение побочных воздействий лекарственных средств на организм [68].
Примечательно, что эффективность использования аутоцитовзвеси для направленного транспорта лекарств исследователи, как правило, обосновывают преимущественным поглощением препаратов лейкоцитами [68, 71]. Однако относительно небольшое количество лейкоцитов во взвеси форменных элементов ставит под сомнение их ведущую роль в этом процессе. Данный вопрос на сегодняшний день окончательно не решен.
Заключение
Таким образом, в настоящее время разработан целый ряд технологий направленного транспорта лекарственных веществ, предполагающих использование самых разнообразных приемов - от местного введения препаратов до их химической модификации и заключения в капсулы и оболочки. Тем не менее, большинство предлагаемых носителей лекарств (белковые векторы, наноразмерные частицы, искусственные микро- и наноконтейнеры) пока не получили широкого распространения в связи со значительной трудоемкостью их получения и создания комплексов с препаратами, ограничениями по диапазону и количеству связываемых лекарств, высокой стоимостью, а в ряде случаев - с токсичностью и иммуногенностью.
Развитие технологий адресной доставки лекарственных препаратов в клетки-мишени в XXI в.
ученые связывают с внедрением высокоэффективных нанотранспортных систем. В то же время в ближайшей перспективе одними из самых эффективных и доступных для применения (ввиду безопасности, технической простоты, быстрого достижения клинических результатов и относительно низкой себестоимости проводимых процедур) представляются методы направленного транспорта лекарств, предполагающие использование аутологичных клеток крови в качестве переносчиков препаратов. При этом эритроцитарные носители наиболее целесообразно применять при патологических процессах в органах, богатых эритрофагоцитирующими клетками (печень, селезенка, легкие). Лейкоцитарные носители и клеточная масса крови, по-видимому, могут быть использованы для доставки лекарств в очаги воспаления различной локализации.
Литература
1. Провоторов В.М., Иванова ГА. Роль и место эритроцитов в системе направленного транспорта различных фармакологических средств // Клиническая медицина. 2009. № 9. С. 4-8.
2. Цой О.Г., Тайгулов ЕА, Иманбаева Ю.Ш. Клетки крови как транспортные системы целенаправленной доставки лекарственных препаратов // Астана медициналык журналы. 2011. Т. 66. № 4. С. 7-12.
3. Бегдуллаев А.К., Маншарипова А.Т., Джуси-пов АК. и др. Проблема направленного транспорта лекарственных веществ в клинической практике // Терапевтический вестник. 2008. Т. 17. № 1. С. 32-36.
4. Соснов А.В., Иванов Р.В., Балакин К.В. и др. Разработка систем доставки лекарственных средств с применением микро- и наночастиц // Качественная клиническая практика. 2008. № 2. С. 4-12.
5. Генинг Т.П., Белозерова ЛА. Эритроцитар-ные носители в направленном транспорте лекарств в гепатологии. Ульяновск: УлГУ, 2006. 79 с.
6. Чазов Е.И., Смирнов В.Н., Торчилин В.П. Направленный транспорт лекарств: проблемы и перспективы // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1987. Т. 32. № 5. С. 485-487.
7. Шляхто Е.В. Инновационные нанотехнологии в медицине и биологии // Инновации.
2008. Т. 116. № 6. С. 54-59.
8. Северин Е.С., Родина А.В. Проблемы и перспективы современной противоопухолевой терапии // Успехи биологической химии. 2006. Т. 46. С. 43-64.
9. Деев С.М., Лебеденко Е.Н. Современные технологии создания неприродных антител для клинического применения // Acta Naturae.
2009. № 1. С. 32-50.
10. Кузнецова СА., Орецкая Т.С. Нанотранспорт-ные системы адресной доставки нуклеиновых кислот в клетки // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. № 9 -10. С. 40-52.
11. Misra A., Ganesh S., Shahiwala A., Shah S.P. Drug delivery to the central nervous system: a review // J. Pharm. Pharm. Sci., 2003. Vol. 6. № 2. Р. 252-273.
12. Lutsenko S.V., Feldman N.B., Finakova G.V. et al. Antitumor activity of a-fetoprotein and epidermal growth factor conjugates in vitro and in vivo // Tumour Biol., 2000. Vol. 21. № 6. Р. 367-374.
13. Qian Z.M., Li H., Sun H., Ho K. Targeted drug delivery via the transferrin receptor-mediated endocytosis pathway // Pharmacol. Rev., 2002. Vol. 54. № 4. Р. 561-587.
14. Dharap S.S., Wang Y., Chandna P. et al. Tumor-specific targeting of an anticancer drug delivery system by LHRH peptide // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005. Vol. 102. № 36. Р.12962-12967.
15. Sharkey R.M., Goldenberg D.M. Targeted therapy of cancer: new prospects for antibodies and immunoconjugates // CA Cancer J. Clin., 2006. Vol. 56. № 4. Р. 226-243.
16. Моисеенко В.И. Моноклональные антитела в лечении злокачественных опухолей // Практическая онкология. 2003. Т. 4. № 3. С. 148156.
17. Walther W, Stein U. Viral vectors for gene transfer: a review of their use in the treatment of human diseases // Drugs, 2000. Vol. 60. № 2. Р. 249-271.
18. Mancheno-Corvo P., Martin-Duque P. Viral gene therapy // Clin. Transl. Oncol., 2006. Vol. 8. № 12. Р. 858-867.
19. Raper S.E., Chirmule N., Lee F.S. et al. Fatal systemic inflammatory response syndrome in a ornithine transcarbamylase deficient patient following adenoviral gene transfer // Mol. Genet. Metab., 2003. Vol. 80. № 1-2. Р. 148-158.
20. Колесникова ТА., Хлебцов Б.Н., Щукин Д.Г., Горин ДА Характеризация чувствительных к ультразвуковому воздействию нанокомпо-зитных микрокапсул методом атомно-силовой микроскопии // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. № 9. С. 74-83.
21. Кирпичников М.П., Шайтан К.В. О развитии нанобиотехнологии // Инновации. 2007. Т. 110. № 12. С. 55-61.
22. Rosi N.L., Giljohann DA., Thaxton C.S. et al. Oligonucleotide-modified gold nanoparticles for intracellular gene regulation // Science,
2006. Vol. 312. № 5776. P. 1027-1030.
23. Dobson J. Gene therapy progress and prospects: magnetic nanoparticle based gene delivery // Gene Ther., 2006. Vol. 13. № 4. P. 283-287.
24. Salem A.K., Searson P.C., Leong K.W. Multifunctional nanorods for gene delivery // Nat. Mater., 2003. Vol. 2. № 10. P. 668-671.
25. Зиганшин А.У., Зиганшина Л.Е. Наночастицы: фармакологические надежды и токсикологические проблемы // Казанский медицинский журнал. 2008. Т. 89. № 1. С. 1-7.
26. Барсуков Л.И. Липосомы // Соровский образовательный журнал. 1998. № 10. С. 2-9.
27. Kozlowska D., Foran P., MacMahon P. et al. Molecular and magnetic resonance imaging: the value of immunoliposomes // Adv. Drug Deliv. Rev., 2009. Vol. 61. № 15. P. 14021411.
28. Bangham A.D, Horne R.W. Negative staining of phospholipids and their structured modification by surface agents as observed in the electron microscope // J. Mol. Biol., 1964. Vol. 8. P. 660-668.
29. Медикаментозное преодоление анатомических и клеточных барьеров с помощью липо-сом / Под ред. Л.М. Кузяковой, В.И. Ефре-менко. Ставрополь, 2000. 170 с.
30. Kato K., Yoshida J., Kageyama J. et al. Liposome - entrapped human interferon-p. Its pharmacokinetics and antitumor activity against human rain tumor cells // J. Clin. Bio-chem. and Nutr. 1988. Vol. 4. № 2. P. 139-147.
31. Толчева Е.В., Оборотова НА. Липосомы как транспортное средство для доставки биологически активных молекул // Российский био-терапевтический журнал. 2006. Т. 5. № 1. С. 54-61.
32. Стрекалова О.С. Фосфолипидные наночастицы: получение, характеристика, использование для транспорта лекарств в организме: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: ИБМХ РАМН, 2010. 24 с.
33. Perez-Lopez M.E., Curiel T., Gomez J.G., Jorge M. Role of pegylated liposomal doxorubicin (Cae-lyx) in the treatment of relapsing ovarian cancer // Anticancer Drugs. 2007. Vol. 18. № 5. Р. 611-617.
34. Zakharian T.Y., Seryshev A., Sitharaman B. et al. A fullerene-paclitaxel chemotherapeutic: synthesis, characterization and study of biological activity in tissue culture // J. Am. Chem. Soc. 2005. Vol. 127. № 36. P. 1250812509.
35. Son S.J., Bai X., Lee S.B. // Inorganic hollow nanoparticles and nanotubes in nanomedicine. Part 2: Imaging, diagnostic, and therapeutic applications // Drug Discov. Today. 2007. Vol.
12. № 15-16. P. 657-663.
36. Ikeda A., Doi Y., Nishiguchi K. et al. Induction of cell death by photodynamic therapy with water-soluble lipid-membrane-incorporated [60] fullerene // Org. Biomol. Chem. 2007. Vol. 5. № 8. Р. 1158-1160.
37. Dugan L.L., Turetsky D.M., Du C. et al. Car-boxyfullerenes as neuroprotective agents // Pros. Natl. Acad. Sci. USA, 1997. Vol. 94. № 17. P. 9434-9439.
38. Tegos G.P., Demidova T.N., Arcila-Lopez D. et al. Cationic fullerenes are effective and selective antimicrobial photosensitizers // Chem. Biol. 2005. Vol. 12. № 10. P. 1127-1135.
39. Friedman S.H., DeCamp D.L., Sijbesma R.P. et al. Inhibition of the HIV-1 protease by fullerene derivatives: model building studies and experimental verification // J. Am. Chem. Soc. 1993. Vol. 115. № 15. P. 6506-6509.
40. Kam N.W., Jessop T.C., Wender PA., Dai H. // Nanotube molecular transporters: internaliza-
tion of carbon nanotube-protein conjugates into mammalian cells // J. Am. Chem. Soc. 2004. Vol. 126. № 22. P. 6850-6851.
41. Choi J.H., Nguyen F.T., Barone P.W. et al. Multimodal biomedical imaging with asymmetric single-walled carbon nanotube/iron oxide nanoparticle complexes // Nano Lett. 2007. Vol. 7. № 4. P. 861-867.
42. Trzaskowski В., Jalbout A.F., Adamowicz L. Molecular dynamics studies of proteinfragment models encapsulated into carbon nanotubes // Chem. Phys. Lett. 2006. Vol. 430. № 1-3. P. 97-100.
43. Cui D., Ozkan C.S., Ravindran S. et al. Encapsulation of Pt-labelled DNA molecules inside carbon nanotubes // Mech. Chem. Biosyst. 2004. Vol. 1. № 2. P. 113-121.
44. Singh R., Pantarotto D, McCarthy D. et al. Binding and condensation of plasmid DNA onto functionalized carbon nanotubes: toward the construction of nanotube-based gene delivery vectors // J. Am. Chem. Soc. 2005. Vol. 127. № 12. P. 4388-4396.
45. Shenoy D.B., Antipov AA., Sukhorukov G.B., Mohwald H. Layer-by-layer engineering of biocompatible, decomposable core-shell structures // Biomacromolecules. 2003. Vol. 4. P. 265-272.
46. Schuler C., Caruso F. Preparation of enzyme multilayers on colloids for biocatalysis // Macromol. Rapid Commun. 2000. Vol. 21. №11. P. 750-753.
47. Букреева Т.В., Парахонский Б.В., Скиртач АГ. и др. Получение полиэлектролитных микрокапсул с наночастицами серебра и золота в оболочке и дистанционное разрушение таких капсул воздействием лазерного излучения // Кристаллография. 2006. Т. 51. № 5. С. 183-189.
48. Shchukin D.G., Radtchenko I.L., Sukhorukov G.B. Synthesis of nanosized magnetic ferrite particles inside hollow polyelectrolyte capsules // J. Phys. Chem. B. 2003. Vol. 107. P. 86-90.
49. Antipov AA., Sukhorukov G.B., Leporatti S. et al. Polyelectrolyte multilayer capsule permeability control // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2002. Vol. 198200. P. 535-541.
50. Sayes C.M., Marchione АА., Reed K.L. et al. Comparative pulmonary toxicity assessments of C60 water suspensions in rats: few differences in fullerene toxicity in vivo in contrast to in vitro profiles // Nano. Lett. 2007. Vol. 7. Р. 2399-2406.
51. Klumpp C., Kostarelos K., Prato M., Bianco A. Functionalized carbon nanotubes as emerging nanovectors for the delivery of therapeutics // Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2006. Vol. 1758. № 3. P. 404-412.
52. Chang T.M. Biodegradable semipermeable microcapsules containing enzymes, hormones, vaccines and other biologicals // J. Bioengineering. 1976. Vol. 1. № 1. P. 25-32.
53. Kim C.K., Oh Y.K. Development of hydrophilic human serum albumin microspheres using a drug-albumin conjugate // Int. J. Pharm. 1988. Vol. 47. № 3. P. 163-169.
54. Костюченко АЛ. Эфферентная терапия. СПб.: Фолиант, 2000. 432 с.
55. Самохин Г.П., Домогатский С.П. Направленный транспорт лекарств с помощью эритроцитов // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1987. Т. 32. № 5. С. 527-533.
56. Shah S. Novel drug delivery carrier: resealed erythrocytes // International J. Pharm. 2011. Vol. 2. № 1. Р. 394-406.
57. Lewis D.A., Alpar Н.О. Therapeutic possibilities of drugs encapsulated in erythrocytes // Int. J. Pharm. 1984. Vol. 22. Р. 137-146.
58. Минаева О.В. Оптимизация метода направленного транспорта эритромицина и цефтри-аксона при тяжелой внегоспитальной пневмонии: Дис. ... канд. мед. наук. Саранск: Мордовский государственный университет, 2008. 143 с.
59. Сарбаш В.И., Тихонова А.Г., Вуймо ТА. и др. Эритроциты - носители лекарственных препаратов // Российский химический журнал.
2007. Т. 51. № 1. С. 143-149.
60. Kinosita K., Tsong T.Y. Survival of sucrose-loaded erythrocytes in the circulation // Nature. 1978. Vol. 272. № 5650. P. 258-260.
61. Solomon L.R., Hillman R.S. Vitamin B6 metabolism in human red cells. I. Variations in normal subjects // Enzyme. 1978. Vol. 23. № 4. Р. 262-273.
62. Gardos G. Akkumulation de kalium onch durch menschiche Blufkorperchen // Acta Physiol. Acad. Sci. Hung. 1953. № 6. Р. 191-196.
63. Ihler G.M., Glew R.M., Schnure F.W. Enzyme loading of erythrocytes // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973. Vol. 70. № 9. Р. 2663-2666.
64. Левин И.Г., Фадеев Б.М., Камалов E.X. Эрит-роцитарные носители антигипоксантов и ингибиторов протеолиза в комплексной терапии гепато-ренального синдрома // Тезисы докладов и сообщений VI Всероссийского съезда анестезиологов и реаниматологов. М., 1998. С. 18.
65. Дмитриева ЛА., Кирдей Е.Г. Характер и условия сорбции эритроцитами биологически активных веществ // Сибирский медицинский журнал. 1995. № 2. С. 23-25.
66. Жумадилов Ж.Ш., Макаренкова Р.В. Особенности включения некоторых антибиотиков в эритроцитарные тени - систему целенаправленной доставки химиотерапевтических препаратов // Антибиотики и химиотерапия. 1990. Т. 35. № 1. С. 54-56.
67. Millan C.G., Castaneda A.Z., Lopez F.G., Marinero M.L. Pharmacokinetics and biodistribution of amikacin encapsulated in carrier erythrocytes // J. Antimicrob. Chemother. 2008. Vol. 61. № 2. Р. 375-381.
68. Сагитова Д.С. Направленный транспорт ле-
карственно модифицированных элементов крови в профилактике и лечении гнойных осложнений острого панкреатита: Дис. .
канд. мед. наук. СПб.: Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования, 2008. 118 с.
69. Абу Идда А.Ш., Горелов С.И., Каган О.Ф. Лечение больных с гнойно-воспалительными заболеваниями почек путем применения направленного транспорта антибактериальных препаратов в аутологичных лейкоцитах // Медицинский научный и учебно-методический журнал. 2006. № 31. С. 116-124.
70. Ершов А.Л., Карпушина И.А. Опыт применения модифицированной методики направленного транспорта антибиотиков при тяжелом течении внебольничной пневмонии // Эфферентная терапия. 2006. Т. 12. № 3. С. 39-44.
71. Лохвицкий С.В., Гуляев А.Е., Зубцов Н.В. и др. Клиническая фармакокинетика антибиотиков при введении их в клеточной массе во время плазмафереза // Здравоохранение Казахстана. 1992. № 8. С. 22-24.
Статья поступила в редакцию 12.09.2011.
