CC BY
926
Н.В. Пестрикова, Е.М. Карпова, Н.К. Мазина
СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ КАК ПРЕДПОСЫЛКА РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ФАРМАКО-ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ (ОБЗ ОР ЛИТЕРАТУРЫ)
ГОУ ВПО Кировская государственная медицинская академия Росздрава
Клиническую эффективность фармакотерапии распространенных заболеваний человека можно повысить за счет создания принципиально новых лекарственных форм (ЛФ) хорошо известных и всесторонне изученных и апробированных лекарств.
Направление научного поиска в этой области определяется потребностью современной клинической медицины в высокоактивных и безопасных лекарствах, сочетающих специфичность действия при определенных заболеваниях с полимодальными свойствами, позволяющими одним и тем же препаратом корректировать разные типы патологии. Помимо этого к важнейшим характеристикам современных лекарств относятся безопасность (минимальные нежелательные эффекты), про лонгированность действия (для лечения хронических заболеваний), возможность персонификации дозы [9].
Еще в 60 годах прошлого века, предвосхитив современную потребность, сложилось новое направление - биофармация, в рамках которого изучается общебиологиче ское и терапевтическое действие лекарственных препаратов в зависимости от их физико-химических свойств, ЛФ, технологии приготовления [18].
На терапевтическое действие лекарств существенно влияют следующие факторы: химическая модификация препарата, физико-химическое состояние лекарственного вещества (физическое состояние, форма кристалла, размеры частиц, н аличие или отсутствие поверхностного заряда и т.д.), вспомогательные вещества, их природа и количество, вид ЛФ и пути введения, фармацевтическая технология. Химическая модификация лекарственного вещества обязательно учитывается при разработке новых лекарств. Она в значительной мере определяет кинетику высвобождения и всасывания.
Известно, что 1/3 всех органических соединений имеет, по кра йней мере, две кристалличес кие формы, характеризующиеся специфической совокупностью свойств. Установлено, что с уменьшением размера частиц резко увеличивается поверхностная энергия лекарственного вещества. При тонком измельчении повышается растворимость, происходит более быстрое и полное вовлечение в химические реакции. Тонкое измельчение существенно повышает терапевтическую активность лекарственных веществ за счет увеличения биодоступности и скорости всасывания.
Важное значение в технологии ЛФ имеет пра-
вильный выбор вспомогательных веществ. Раньше в них видели только индифферентные формообра-зователи, значение которых сводилось к приданию лекарственному веществу соответствующей формы и объема для удобства его приема, транспортировки, хранения. Однако результаты исследований последних десятилетий привели к пересмотру биологической роли вспомогательных веществ. Они могут усиливать, снижать действие лекарственных веществ или изменять его характер под влиянием различных факторов (комплексообразование, молекулярные реакции и др.). Например, введение в состав мазевых и суппозиторных основ эмульгаторов, поверхностноактивных веществ и других активаторов всасывания является одним из важных факторов, повышающих активность лекарственных веществ. Так известна способность диметилсульфоксида легко проникать через неповрежденную кожу, транспортировать и депонировать лекарственные вещества. При этом поступление лекарственных веществ в организм пролонгируется [18]. Вспомогательные вещества должны отвечать основному требованию: раскрыть всю гамму фармакологических свойств препарата, обеспечить его оптимальное действие. Правильный выбор вспомогательных веществ позволяет снизить дозу лекарства при сохранении (или увеличении) его терапевтического эффекта.
В настоящее время поиск новых лекарств базируется на установлении взаимосвязи между структурой вещества и его физиологической активностью (с учетом предполагаемого механизма реализации эффекта и мишеней действия). При этом на основании компьютерного прогнозирования спектра активности, моделирования молекул и введения в молекулу различных функциональных группировок возможно создание соединений с заданными свойствами, усиление основного фармакологического эффекта вещества, повышение биодоступности и снижение вероятности проявления нежелательных побочных эффектов. Наряду с этим при осуществлении направленного синтеза принимаются во внимание липо-фильные, электронные и стерические характеристики молекулы. В частности перечисленные принципы широко применяются при разработке высокоэффективных фенольных антиоксидантов синтетической и полусинтетической природы - пространственнозатрудненных фенолов, оригинальных производных бензимидазола, содержащих в структуре пространственно-затрудненный фенол, и полусинтетических производных о-изоборнилфенола [1, 7, 12, 20].
Оптимальная активность лекарства достигается только назначением его в рациональной, научно обоснованной ЛФ. Ее выбор определяет способ введения лекарственного вещества в организм. От этого будет зависеть, какой путь совершит лекарство до того как попадет в кровь и его эффективность. Стабильность ЛФ во многом определяется технологическими факторами. Способ получения влияет на скорость высвобождения веществ из лекарственной формы, интенсивность всасывания и терапевтическую эффективность.
Таким образом, развитие фармакологии непос-
редственно связано с созданием новых ЛФ и разработкой технологий их получения. В связи с этим необходимо отметить особую актуальность исследований по созданию лекарств нового поколения. Одно из топовых современных направлений - это создание лекарств на основе наночастиц.
Лекарства нового поколения принято называть терапевтическими системами. От традиционных ЛФ они отличаются пролонгированным действием, контролируемым высвобождением действующих веществ и их целевым транспортом к органам и тканям мишеням. При длительной циркуляции наноносителей в кровяном русле содержащееся в них лекарственное вещество защищается от инактивации, а его действие пролонгируется.
Помимо внутриклеточного и целенаправленного транспорта, важным преимуществом наноносителей является способность транспортировать их содержимое внутрь клеток в неактивном состоянии с последующим разрушением в лизосомах и выделением действующих веществ. До недавнего времени внутривенно вводились только истинные растворы, так как присутствие частиц эмульсии или суспензии может привести к закупорке капилляров - эмболии. Безопасными принято считать дисперсии с размером частиц менее 1 мкм, то есть в нано-диапазоне. Оптимальные размеры от 0,1 до 0,5 мкм.
Наноносители в виде эмульсий и суспензий предназначены не только для перорального введения, их можно вводить как внутривенно для обеспечения длительной циркуляции в кровяном русле, так и внутримышечно для создания депо лекарственного вещества. Также используется ингаляционное и интраокулярное введение наноносителей. Возможна интра- и трансдермальная подача лекарственных веществ с помощью наноносителей [3, 8, 14].
Применение нанотехнологий (т. е. технологий частиц, размеры которых измеряются нанометрами) в фармации оказалось весьма плодотворным и в течение последних 10-15 лет привело к созданию препаратов, обладающих новыми свойствами на основе давно и хорошо известных лекарственных веществ. В зависимости от агрегатного состояния и морфологических особенностей наночастицы делят на нанокапсулы, нанокристаллы, наносферы и полимерные мицеллы [2, 4, 5, 11, 14, 15].
Нанокапсулы - липосомы (контейнеры для доставки лекарственных средств, с толщиной стенки —10-30 нм) нетоксичны, при определенных условиях могут поглощаться клетками. Мембраны липосом могут сливаться с клеточной мембраной, что приводит к внутриклеточной доставке их содержимого. Липосомы могут использоваться для транспортировки как гидрофильных, так и липофильных лекарственных веществ. Степень включения лекарств в липосомы зависит от их строения, размеров, заряда, липидного состава липосом, а также от физикохимических свойств самих лекарственных веществ. Вещество, заключенное в липосомы, защищено от воздействия ферментов, что увеличивает эффективность препаратов, подверженных биодеструкции в биологических жидкостях.
Нанокапсулы представляют собой полые сферические контейнеры, содержащие жидкую среду, в которой растворено лекарственное вещество. Высвобождение веществ из нанокапсулы происходит за счет диффузии через стенку или при разрыве капсулы. Скорость высвобождения регулируется видом нанокапсул и способом их получения. Взаимодействие наноносителей с клетками зависит и от материала, из которого они изготовлены. Наиболее часто используют липиды (жиры) для получения липидных нанокапсул, то есть липосом, и липидных наночастиц. Жирорастворимые вещества обычно растворяют в липидах.
Кроме того, в технологии наноносителей применяются термически или химически модифицированный сывороточный альбумин, полисахариды (например, диальдегидкрахмал), а также биодеструк-тирующиеся, полимеры и сополимеры (полиалкил-цианоакрилаты, полиллактидгликолиды).
Полимерные наночастицы были предложены для систем доставки лекарств в 70 годах XX века. Полимерные наноносители могут транспортировать высокотоксичные лекарственные вещества внутрь клеток при минимальном проявлении общей токсичности, так как более устойчивы в средах организма. Они бывают двух видов - наносферы и нанокапсулы. Нанокапсулы состоят из полимерной оболочки, охватывающей наполненную жидкостью полость. Наносферы представляют собой сплошные полимерные матрицы, на которых распределяется активное вещество. Эти виды наночастиц различаются по высвобождению активного вещества. Полимерные наночастицы гораздо стабильнее, но при доставке лекарственных веществ в органы мишени могут оказывать нежелательные побочные эффекты [14].
На кафедре биотехнологии МИТХТ им. М.В. Ломоносова разработана липосомальная наноформа антипаркинсонического препарата - ДОФА. В крови ДОФА быстро деградирует, так что только 20% введенного лекарства достигает гематоэнцефа-лического барьера. Вещество подвергается декар-боксилированию, что снижает его эффективность и приводит к побочным явлениям. Липосомы, помимо всего прочего, облегчают прохождение ДОФА через гематоэнцефалический барьер. При применении ли-посомной формы ДОФА эффективную дозу можно уменьшить в 10 раз, а продолжительность действия лекарства в два-три раза увеличивается [15].
Мембрана липосом состоит из природных фосфолипидов, что обеспечивает их низкую токсичность. Они подвергаются биодеградации. При определенных условиях липосомы могут поглощаться клетками, их мембрана сливается с клеточной мембраной, что приводит к внутриклеточной доставке их содержимого. Еще одно важное преимущество липо-сом как лекарственной формы - постепенное высвобождение лекарственного вещества, что увеличивает время его действия.
Соотношение размеров липосом и диаметра пор капилляров стало основой для конструирования эффективных антираковых препаратов. Так как размер наночастиц больше диаметра пор капилляров,
то их объем распределения при внутривенном введении ограничивается кровеносным руслом. При этом резко понижается токсическое действие веществ на ткани. С другой стороны, это свойство может служить основой для направленной доставки химиотерапевтических препаратов в солидные опухоли и очаги воспаления, так как капилляры, снабжающие эти области кровью, как правило, сильно перфорированы. Следовательно, наночастицы будут накапливаться в опухоли. Это явление получило название «пассивное нацеливание». Таким образом, существует две причины, вследствие которых липосомальные препараты антиканцерогенных субстанций очень эффективны: уменьшение токсичности и «пассивное нацеливание» [2, 4, 10, 14, 19].
Разработан липосомальный препарат доксору-бицина [2]. В экспериментах было подтверждено, что данный препарат обладает более пролонгированным действием, он менее токсичен, чем раствор, так как в меньшей степени накапливается в сердце, тогда как в крови концентрация доксорубицина выше. Уменьшение токсичности в случае использования липосомального препарата позволяет повысить дозу без заметных токсических эффектов. Все это дает качественно новые результаты при лечении липосомальными препаратами [2]. В настоящее время на мировом фармацевтическом рынке появилось несколько липосомальных противораковых препаратов, таких как дауномицин и доксорубицин, а также винкристин, доцетаксел цисплатина [10, 19]. Помимо противоопухолевых лекарственных средств, в виде нанолекарств используются антибактериальные антибиотики (ампициллин, амикацин, гентами-цин), антималярийные средства (примахин) и другие средства, требующие внутриклеточного введения [8, 11].
Но липосомы, как и другие наночастицы, довольно быстро захватываются ретикулоэндотели-альной системой (РЭС). Это происходит вследствие взаимодействия липосом с белками плазмы - опсони-нами (в основном, компонентами комплемента). Оп-сонины “метят” лекарственные средства, делают их мишенями для клеток РЭС. Для увеличения времени их циркуляции в кровеносном русле и повышения эффективности поверхность липосом предложено модифицировать полимерами с гибкой гидрофильной цепью, например, полиэтиленгликолем (ПЭГ). Для этого используются специальные модифицированные липиды, например, фосфатидилэтаноламин (ФЭ) конъюгированный с ПЭГ [8]. Успешно применяется в клинической практике пегелированный док-сорубицин «доксил» и «келикс» [19].
Эффективны липосомы для препаратов, мишенью которых являются клетки РЭС, так как именно эти клетки интенсивно поглощают наночастицы. Данный факт можно эффективно использовать при внутриклеточной микробной инфекции и при вакцинации. Доставка амфотерицина В непосредственно в зараженные патогенными микромицетами клетки приводит к прекрасным результатам при системных грибковых инфекциях, висцеральном лейшманиозе. Во многих странах Европы для этой цели приме-
няются подобные препараты (АшВюБоте, АЬе1се1, АтрИосП) [21].
В случае использования липосомальных вакцин иммунный ответ усиливается, потому что антигены, ассоциированные с липосомами, попадают непосредственно в антигенпредставляющие клетки. В липосому включают кроме антигена (вирусного капсида) еще и белки, способствующие слиянию мембран липосом и клеток, в данном случае гемаг-глютинин вируса гриппа [21]. Для таких препаратов сейчас часто используют термин «виросомы».
Еще одной областью применения липосом становится генная терапия, где важна адресная доставка в нужный тип клеток. Липосомы в данном случае не только защищают генетический материал от нук-леаз, но и выступают как инициаторы эндоцитоза. В качестве “молекулярного адреса” наиболее часто выбирают иммуноглобулины, имеющие соответствующие мишени на целевых клетках.
Таким образом, постепенно складывается модель “идеальной” липосомы как средства направленной доставки лекарственного вещества в клетку. Использование липосом для органо- и органелло-избирательной или преимущественной доставки лекарственных веществ и субстратов клеточного обмена может в значительной степени изменить фармакокинетику и эффективность терапевтического действия.
Липосомы могут быть весьма полезны для солюбилизации веществ, плохо растворимых как в воде, так и в масле, например, таксанов, бетулиновой кислоты. Получены липосомальные композиции, содержащие таксаны - «таксол». Таксаны (паклитаксел и доцетаксел) оказывают избирательное действие против меланомы [21, 22]. Липидные наноэмульсии также используют для нитроглицерина, диазепама дексаметазона, пропофола, липофундина и других лекарственных веществ [16, 17].
Разрешена к применению жировая наноэмульсия на основе перфторуглеродов - «Перфторан», выполняющая газотранспортную функцию и используемая в качестве кровезаменителя [5,9]. Одобрена и разрешена к применению безопасная жировая эмульсия для парентерального питания «Интралипид» [16, 17].
В препарате бетулиновой кислоты липосомная форма существенно повышает растворимость, но еще лучше растворяется бетулиновая кислота в форме нанокристаллов. Нанокристаллы состоят только из лекарственного вещества, подвергнутого измельчению до соответствующих размеров. Это позволяет им растворяться со скоростью, превышающей скорость растворения частиц более крупных размеров, или образовывать мелкодисперсную суспензию. Нанокристаллы по сравнению с другими наносистемами имеют следующие преимущества. Нанокристаллы целиком состоят из лекарственных веществ, изготавливаются без дополнительного материала. Обладают предсказуемой фармакокинетикой и имеют простые способы производства.
В виде нанокристаллов можно вводить труднорастворимые лекарственные вещества. При пе-
роральном введении такая лекарственная форма значительно увеличивает биодоступность лекарств и уменьшает индивидуальную вариабельность всасывания при приеме пищи. Максимальная концентрация лекарственных веществ в плазме крови достигается быстрее. Добавляемые иногда биостабилизаторы не только стабилизируют нанокристаллы (например, от агрегации), но и дают возможность контролировать их распределение в организме, время транспорта через желудочно-кишечный тракт, а также биоадгезию, т. е. прилипание к стенкам кишечника в определенном месте (мишени). При этом уменьшается терапевтическая доза лекарственных веществ.
Одним из нанокристаллических препаратов, внедренных в клиническую практику в 2000 году, является «Рапамун» (Wyeth Pharmaceutical Inc. США) [14, 16, 17]. Актуально применение нанокристаллов для анальгетиков, когда быстрое подавление боли и уменьшение вариабельности концентрации лекарственных веществ в плазме при приеме внутрь играют решающую роль. Лекарственные вещества в виде нанокристаллов можно вводить в макрокапсулы, матричные таблетки. Для плохо растворимых веществ суспензия нанокристаллов ведет себя аналогично раствору и может быть использована в аэрозолях, например, для дипропионата беклометазона. Инъекционное введение нанокристаллов дает более длительное удержание лекарственного вещества в месте введения, позволяет контролировать его распределение в организме и избежать поглощения вещества фагоцитирующими клетками.
Очень перспективным представляется использование в виде нанокристаллов рентгеноконтрастных веществ. Например, при коронарографии изображение сосудов сердца сохраняется всего несколько десятков секунд. Затем вследствие выхода вещества из сосудистого русла картина быстро теряет контрастность. Введение же нанокристаллических рентгеноконтрастных веществ позволяет наблюдать сосудистую систему в течение нескольких десятков минут. Уже внедрены в практику простые нанокрис-таллические контрастные вещества на основе окиси железа для диагностики заболеваний печени [14].
Применение нанотехнологий в фармации и фармакологии оказалось весьма плодотворным. Учитывая физико-химические свойства вспомогательных веществ, используя специальные технологические приемы можно регулировать в заданном направлении биодоступность и активность препарата. Все это позволяет на основе одной и той же субстанции создавать более эффективные и менее токсичные ЛФ. Это естественным образом открывает возможности для создания более эффективных медикаментозных технологий. Наноносители представляют собой один из таких видов терапевтических систем, с помощью которых удается реализовать целенаправленный транспорт лекарственных веществ в орган-мишень или ткань-мишень, что является одним из базовых элементов технологии контролируемого высвобождения. При длительной циркуляции наноносителей в кровяном русле содержащееся в них лекарственное вещество защищено от разрушения, а его действие
пролонгируется. Препараты на наноносителях являются препаратами ХХ1 века. Они будут все шире входить в медицинскую практику в ближайшие годы, а в онкологии и кардиологии такие средства уже применяются.
Литература
1. Алексеева А. А. Фармакологическая активность производных бензимидазола, содержащих пространственно затрудненные фенольные заместители, и их аналогов, проявляющих антиоксидантные и антирадикальные свойства: Автореферат дисс. ... канд. фарм. наук. - Пятигорск, 2007. - 24 с.
2. Бабицкая С.В., Жукова М.В., Кисель М.А. и др. Инкапсулирование доксорубицина в липосомы, содержащие фосфатидилэтанол. Влияние на токсичность и накопление антибиотика в миокарде // Химико-фармацевтический журнал. - 2006. - № 3. -С. 36-38.
3. Баллюзек Ф.В., Куркаев А.С., Сенте Л. Нанотехнологии для медицины. - СПб.: Сезам-Принт, 2008. - 103 с.
4. Безруков Д.А., Королева А.И., Каплун А.П., Орлова О. Л. Оценка высвобождения доксорубицина из термочувствительных стерически стабильных ли-посом // Российский биотерапевтический журнал. -2007. - № 1. - Т. 6. - С. 72.
5. Будкер В .Г., Вахрушева Т.Е., Киселева Е.В. и др. Получение липосом с лекарственными препаратами // Химико-фармацевтический журнал. - 1987.
- № 21. - С. 347-352.
6. Иваницкий Г.Р. Биофизические технологии создания наноизделий для биомедицины http:// rusnanotech08.rusnanoforum.ru/sadm_files/disk/Docs /2/45/45%20(3).pdf.
7. Иванов И.С. Нейропротекторная и анти-
тромбогенная активность 4-метил-2,6-дизобор-нилфенола: Автореферат дисс. канд. биол. наук.
- Томск, 2009. - 23 с.
8. Каплун А.П., Ле Банг Шон, Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Липосомы и другие наночастицы как средство доставки лекарственных веществ // Вопросы медицинской химии. - 1999. - № 1. -С. 42-46.
9. Кукес В.Г., Грачев С.В., Сычев Д.А., Раменская Г.В. Метаболизм лекарственных средств. Научные основы персонализированной медицины. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 304 с.
10. Кулик Г.И., Пивнюк В.М., Носко М.М. и др. Липосомальные препараты: путь к преодолению лекарственной устойчивости к цисплатину // Онкология. - 2009. - Т. 11 . - № 1. - С. 76-80.
11. Литвинова Л. А., Ляхов С. А., Андронати С. А. и др. Биологическая активность липосомальной формы амиксина //Химико-фармацевтический журнал.
- 2000. - № 12. - С. 35-37.
12. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. - М.: «Слово», 2006. - 556 с.
13. Наночастицы в природе. Нанотехнологии в приложении к биологическим системам: Материалы 3-го российского научно-методического семинара
(7 июня 2005 года) Рос. акад. естеств. наук отд-ния «Физико-химическая биология и инновации» / под ред. В.Н. Зеленкова. - М.: РЕАН, 2005. - 190 с.
14. Пальцев М.А. Нанотехнологии в медицине и фармации // Ремедиум. - 2008. - № 9. http://remedium-journal.ru/upload/iblock/74d/rm%2009-2008.pdf.
15. Подгорный Г.Н., Наместникова И.В., Слю-сарь Н.Н. Влияние 1-метил-4-фенил-1,2,3,4-тетра-гидропиридина, липосом с L-Дофа и «пустых» липосом на фосфолипидный состав печени мышей // Экспериментальная и клиническая фармакология.
- 1999. - № 1. - С. 41-44.
16. Справочник лекарств: лекарственные препараты и лекарственные средства. Описание лекарств. [«Энциклопедия лекарств от РЛС»]. - http:// www.rlsnet.ru.
17. Справочник лекарственных препаратов Видаль. Описание лекарственных средств. - http://www. vidal.ru.
18. Тихонов А.И., Ярных Т.Г., Зупанец И.А. и др. Биофармация. - Харьков: НФаУ Золотые страницы, 2003. - 240 с.
19. Урманичева А.Ф., Ульрих Е.А. Антрацик-лины в лечении опухолей женских половых органов //Современная онкология. - Т. 7. - № 4. - 2005. -http://old/consilium-medicum.com/media/oncology/05_ 04/171/shtml.
20. Филимонов Д.А., Поройков В.В. Прогноз спектра биологической активности органических соединений // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общ-ва им. Д.И. Менделеева). - 2006. - Т. 1. - № 2. - С. 66-75.
21. Швец В.И., Краснопольский Ю.М. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии // Провизор. - 2008. - № 3. - http://www.provisor.com. ua/archive/2008/№03/lipos_308.php.
22. Hennenfentl K.L., Govindan R. Novel formulation of taxanes: a review/ Old win in a new bottle? // Annals of Oncology. - 2002. - Vol. 17. - № 5.
- Р. 735-749.
