Офтальмологические системы доставки дексаметазона на основе хитозана
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Общая характеристика биополимеров, используемых для доставки лекарств в глаза 10
1.2. Модификации лекарственных средств хитозаном для окулярной доставки 16
1.3. DEX как фармацевтическая субстанция: химические, фармакологические и
биофармацевтические свойства 17
1.4. Методы синтеза конъюгатов DEX 21
1.4.1. Карбодиимидная реакция 22
1.4.2. Твердофазный синтез 23
1.4.3. RAFT-полимеризация 24
1.4.4. Клик-химия 25
1.4.5. Реакция Дильса-Альдера 27
1.4.6. Реакция Траута 29
1.5. Конъюгаты дексаметазона, как системы доставки с модифицированным высвобождением . 30
1.5.1. Глазные системы доставки 30
1.5.2. Конъюгаты антиген-лекарственное средство 31
1.5.3. Противоопухолевые системы доставки 32
1.5.4. Системы доставки генов 34
1.6. Выводы по обзору литературы 37
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
2.1. Реактивы и материалы 39
2.2. Синтез сукцинил дексаметазона (SucDEX) 40
2.3. Синтез конъюгатов дексаметазон-хитозан (CS-DEX) 40
2.4. Синтез конъюгатов сукцинил хитозана-дексаметазон (SucCS-DEX) 41
2.5. Характеристика конъюгатов (SucCS-DEX) 41
2.6. Определение содержания DEXв конъюгатах SucCS-DEX 42
2.7. Высвобождение DEX in vitro из конъюгатов SucCS-DEX. 42
2.8. Противовоспалительная активность конъюгатов SucCS-DEX 43
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 45
3.1. Синтез и характеристика конъюгатов сукцинилхитозан-дексаметазон (SucCS-DEX) 45
3.2. Высвобождение DEX in vitro из конъюгатов SucCS-DEX. 50
3.3. Противовоспалительная активность конъюгатов SucCS-DEX 52
ВЫВОДЫ 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
Публикации по материалам выпускной квалификационной работы 59
Список литературы 60
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Общая характеристика биополимеров, используемых для доставки лекарств в глаза 10
1.2. Модификации лекарственных средств хитозаном для окулярной доставки 16
1.3. DEX как фармацевтическая субстанция: химические, фармакологические и
биофармацевтические свойства 17
1.4. Методы синтеза конъюгатов DEX 21
1.4.1. Карбодиимидная реакция 22
1.4.2. Твердофазный синтез 23
1.4.3. RAFT-полимеризация 24
1.4.4. Клик-химия 25
1.4.5. Реакция Дильса-Альдера 27
1.4.6. Реакция Траута 29
1.5. Конъюгаты дексаметазона, как системы доставки с модифицированным высвобождением . 30
1.5.1. Глазные системы доставки 30
1.5.2. Конъюгаты антиген-лекарственное средство 31
1.5.3. Противоопухолевые системы доставки 32
1.5.4. Системы доставки генов 34
1.6. Выводы по обзору литературы 37
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
2.1. Реактивы и материалы 39
2.2. Синтез сукцинил дексаметазона (SucDEX) 40
2.3. Синтез конъюгатов дексаметазон-хитозан (CS-DEX) 40
2.4. Синтез конъюгатов сукцинил хитозана-дексаметазон (SucCS-DEX) 41
2.5. Характеристика конъюгатов (SucCS-DEX) 41
2.6. Определение содержания DEXв конъюгатах SucCS-DEX 42
2.7. Высвобождение DEX in vitro из конъюгатов SucCS-DEX. 42
2.8. Противовоспалительная активность конъюгатов SucCS-DEX 43
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 45
3.1. Синтез и характеристика конъюгатов сукцинилхитозан-дексаметазон (SucCS-DEX) 45
3.2. Высвобождение DEX in vitro из конъюгатов SucCS-DEX. 50
3.3. Противовоспалительная активность конъюгатов SucCS-DEX 52
ВЫВОДЫ 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
Публикации по материалам выпускной квалификационной работы 59
Список литературы 60
По данным Всемирной организации здравоохранения, около 300 миллионов человек во всем мире живут с серьезными нарушениями зрения. Число людей, живущих с той или иной формой нарушения зрения вдаль или вблизи, составляет около 2,2 миллиарда человек, из них 33,6 миллиона человек слепы [1]. Хотя каждое заболевание имеет уникальные причины, симптомы и методы лечения, все они при отсутствии лечения приведут к полной потере зрения.
Трудности доставки лекарств в глаза связаны со сложной анатомией глаза, его компартментализацией и отделением от остального тела. Анатомия глаза обычно подразделяется на два сегмента: передний сегмент состоит из радужной оболочки, роговицы, хрусталика и окружающей водянистой влаги; и задний сегмент, включающий стекловидное тело, сетчатку, желтое пятно и зрительный нерв [2].
Большинство пациентов с заболеваниями глаз получают медикаментозную терапию. Биодоступность офтальмологических препаратов после системного введения сильно ограничена системой гематоофтальмического барьера, образованной двумя основными барьерами: гемато-водным барьером для переднего отрезка глаза и гемато-ретинальным барьером для заднего отрезка глаза (рисунок 1). Первый состоит из плотных контактов беспигментного эпителия цилиарного тела, тканей радужки и кровеносных сосудов радужки. Этот барьер ограничивает доступ препарата к переднему сегменту глаза. Гемато-ретинальный барьер образован соединениями между капиллярными эндотелиальными клетками сетчатки и плотными соединениями между клетками пигментного эпителия сетчатки [3].
Не более 5% от общей дозировки препарата, вводимого в виде глазных капель, достигает внутренних тканей глаза [4]. Только ~30 мкл жидкой лекарственной формы можно нанести на глаз из-за ограниченной площади поверхности глаза, и большая ее часть быстро выводится с поверхности глаза из-за оборота слезы, моргания и носослезного дренажа. Сообщается, что через две минуты после закапывания выводится около 60% препарата; через 8 мин препарат разбавляется до 1/1000, а через 15-25 мин почти все активное вещество удалялось с поверхности глаза [5].
Кроме того, тканевые и жидкостные барьеры глаза ограничивают поступление активного вещества во внутренние структуры глаза. Основным путем местного введения препаратов в передний сегмент глаза является всасывание через роговицу и конъюнктиву с последующим попаданием в переднюю камеру. Слезная пленка на роговице и конъюнктиве, покрывающая остальную поверхность глаза и внутреннюю поверхность век, является первым барьером проницаемости, ограничивающим внутриглазную доставку лекарств. Слезная пленка покрывает, увлажняет и защищает поверхность глаза, обеспечивает скольжение век и может задерживать проникновение лекарств в глаз. Конъюнктивальный мешок человека может временно содержать около 30 мкл слезной жидкости, а нормальный объем слезной жидкости оценивается примерно в 7 мкл. Слезы имеют высокую скорость оборота (время восстановления 23 мин). Слезная пленка представляет собой тонкий прозрачный слой жидкости, состоящий из трех фаз, включая внешнюю липидную фазу, промежуточную водную фазу и внутренний муциновый слой (рисунок 2). Внешний липидный слой толщиной 0,1 мкм препятствует испарению слезной пленки, а также препятствует перетеканию слезы. Водный слой толщиной 7-8 мкм является основным компонентом слезной пленки. Белки и ферменты в водной фазе могут связывать и метаболизировать активное лекарственное средство, что приводит к снижению его биодоступности. Внутренний слой муцина имеет толщину 0,2 мкм. Муцины слезной пленки представляют собой сильно гликозилированные белки (гликоконъюгаты). Высокое содержание сиаловой кислоты и сульфата в большинстве муцинов обеспечивает отрицательный поверхностный заряд глаза [6]. Таким образом, муцины могут притягивать или отталкивать лекарства посредством электростатических взаимодействий в зависимости от заряда молекулы лекарства или системы-носителя [7]. Осмолярность слезной жидкости близка к осмолярности крови, однако слезы также содержат слабые буферные системы в виде карбонат-ионов и слабых органических кислот, которые могут изменять степень ионизации препарата и,
следовательно, его биодоступность [8]....
Трудности доставки лекарств в глаза связаны со сложной анатомией глаза, его компартментализацией и отделением от остального тела. Анатомия глаза обычно подразделяется на два сегмента: передний сегмент состоит из радужной оболочки, роговицы, хрусталика и окружающей водянистой влаги; и задний сегмент, включающий стекловидное тело, сетчатку, желтое пятно и зрительный нерв [2].
Большинство пациентов с заболеваниями глаз получают медикаментозную терапию. Биодоступность офтальмологических препаратов после системного введения сильно ограничена системой гематоофтальмического барьера, образованной двумя основными барьерами: гемато-водным барьером для переднего отрезка глаза и гемато-ретинальным барьером для заднего отрезка глаза (рисунок 1). Первый состоит из плотных контактов беспигментного эпителия цилиарного тела, тканей радужки и кровеносных сосудов радужки. Этот барьер ограничивает доступ препарата к переднему сегменту глаза. Гемато-ретинальный барьер образован соединениями между капиллярными эндотелиальными клетками сетчатки и плотными соединениями между клетками пигментного эпителия сетчатки [3].
Не более 5% от общей дозировки препарата, вводимого в виде глазных капель, достигает внутренних тканей глаза [4]. Только ~30 мкл жидкой лекарственной формы можно нанести на глаз из-за ограниченной площади поверхности глаза, и большая ее часть быстро выводится с поверхности глаза из-за оборота слезы, моргания и носослезного дренажа. Сообщается, что через две минуты после закапывания выводится около 60% препарата; через 8 мин препарат разбавляется до 1/1000, а через 15-25 мин почти все активное вещество удалялось с поверхности глаза [5].
Кроме того, тканевые и жидкостные барьеры глаза ограничивают поступление активного вещества во внутренние структуры глаза. Основным путем местного введения препаратов в передний сегмент глаза является всасывание через роговицу и конъюнктиву с последующим попаданием в переднюю камеру. Слезная пленка на роговице и конъюнктиве, покрывающая остальную поверхность глаза и внутреннюю поверхность век, является первым барьером проницаемости, ограничивающим внутриглазную доставку лекарств. Слезная пленка покрывает, увлажняет и защищает поверхность глаза, обеспечивает скольжение век и может задерживать проникновение лекарств в глаз. Конъюнктивальный мешок человека может временно содержать около 30 мкл слезной жидкости, а нормальный объем слезной жидкости оценивается примерно в 7 мкл. Слезы имеют высокую скорость оборота (время восстановления 23 мин). Слезная пленка представляет собой тонкий прозрачный слой жидкости, состоящий из трех фаз, включая внешнюю липидную фазу, промежуточную водную фазу и внутренний муциновый слой (рисунок 2). Внешний липидный слой толщиной 0,1 мкм препятствует испарению слезной пленки, а также препятствует перетеканию слезы. Водный слой толщиной 7-8 мкм является основным компонентом слезной пленки. Белки и ферменты в водной фазе могут связывать и метаболизировать активное лекарственное средство, что приводит к снижению его биодоступности. Внутренний слой муцина имеет толщину 0,2 мкм. Муцины слезной пленки представляют собой сильно гликозилированные белки (гликоконъюгаты). Высокое содержание сиаловой кислоты и сульфата в большинстве муцинов обеспечивает отрицательный поверхностный заряд глаза [6]. Таким образом, муцины могут притягивать или отталкивать лекарства посредством электростатических взаимодействий в зависимости от заряда молекулы лекарства или системы-носителя [7]. Осмолярность слезной жидкости близка к осмолярности крови, однако слезы также содержат слабые буферные системы в виде карбонат-ионов и слабых органических кислот, которые могут изменять степень ионизации препарата и,
следовательно, его биодоступность [8]....
В настоящей работе разработан двухэтапный синтез конъюгатов SucCS-DEX для потенциального применения в качестве интравитреальной системы доставки с пролонгированным высвобождением. Для конъюгирования CS с DEX через сукцинильный линкер использовали реакцию карбодиимидной активации с образованием гидролизуемой амидной связи. Полученные конъюгаты имели DSdex 24% (содержание DEX 50-85 мкг/мг), размер 450-1000 нм и положительный £- потенциал 14-23 мВ. Поверхность синтезированных частиц дополнительно модифицировали янтарным ангидридом для получения отрицательно заряженного конъюгата (чтобы нивелировать нежелательное электростатическое взаимодействие CS с содержимым стекловидного тела после интравитреальной инъекции). В результате были получены частицы размером 400-1100 нм с ^-потенциалом от -30 до -33 мВ и DSsuc от 64 до 68%. Содержание DEX в сукцинилированных конъюгатах не изменилось по сравнению с исходными конъюгатами, что свидетельствует об оптимальном выборе условий синтеза и удовлетворительной надежности предложенной процедуры.
Тесты in vitro показали, что разработанные конъюгаты поддерживали высвобождение активного фармацевтического вещества как в форме DEX, так и в форме SucDEX (всего 8-10% в течение 1 месяца). Очевидно, что среда стекловидного тела имеет определенные условия (например, высокая вязкость и присутствие ферментов), которые будут влиять на гидролиз и высвобождение лекарства из этого типа конъюгата. Тем не менее, мы ожидаем, что достигнутый профиль высвобождения будет поддерживать терапевтические концентрации DEX в стекловидном теле в течение нескольких месяцев из-за низкого уровня биоразложения сукцинилированного CS и достаточно большого размера частиц, тем самым уменьшая побочные эффекты и необходимость частых инъекций. Кроме того, разработанные конъюгаты продемонстрировали значительные
противовоспалительные эффекты как на стерильных (TNFa-индуцированных), так и на инфекционных (LPS-индуцированных) моделях воспаления, что подтверждено 2- и 4-кратным подавлением экспрессии CD54 в THP-1 клетках соответственно.
Основываясь на текущих результатах, показывающих улучшенный профиль высвобождения и противовоспалительный потенциал разработанных полимерных систем, мы намерены расширить это исследование до экспериментов in vivo, направленных на создание интравитреальной системы доставки DEX с улучшенными фармакологическими характеристиками.
Тесты in vitro показали, что разработанные конъюгаты поддерживали высвобождение активного фармацевтического вещества как в форме DEX, так и в форме SucDEX (всего 8-10% в течение 1 месяца). Очевидно, что среда стекловидного тела имеет определенные условия (например, высокая вязкость и присутствие ферментов), которые будут влиять на гидролиз и высвобождение лекарства из этого типа конъюгата. Тем не менее, мы ожидаем, что достигнутый профиль высвобождения будет поддерживать терапевтические концентрации DEX в стекловидном теле в течение нескольких месяцев из-за низкого уровня биоразложения сукцинилированного CS и достаточно большого размера частиц, тем самым уменьшая побочные эффекты и необходимость частых инъекций. Кроме того, разработанные конъюгаты продемонстрировали значительные
противовоспалительные эффекты как на стерильных (TNFa-индуцированных), так и на инфекционных (LPS-индуцированных) моделях воспаления, что подтверждено 2- и 4-кратным подавлением экспрессии CD54 в THP-1 клетках соответственно.
Основываясь на текущих результатах, показывающих улучшенный профиль высвобождения и противовоспалительный потенциал разработанных полимерных систем, мы намерены расширить это исследование до экспериментов in vivo, направленных на создание интравитреальной системы доставки DEX с улучшенными фармакологическими характеристиками.
Подобные работы
- Офтальмологические системы доставки дексаметазона на основе хитозана
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2022