Bioadhezija
Asist. dr. Jurij Trontelj, mag farm jurij[pika]trontelj[at]ffa[pika]uni[minus]lj[pika]si
Bioadhezija
Je proces, pri katerem se farmacevtska oblika prilepi na biološki material, največkrat so to sluznice. <--Mukoadhezija.
Glavni cilj :
lokalizacija in tesen stik vehikla s sluznico hkrati nadzorovano sproščanje učinkovine (npr. z uporabo polimerov: HPMC, polikarbofil). Včasih neželeno – tablete z bisfosfonati
Strukture, ki omogočajo lepljenje
1.generacija
Na farmacevtski obliki:
Na sluznici:
Mukoadhezivni polimeri
Mukusni glikoproteini (mucini)
Lektini, invazini
Sladkorji na glikokaliksu
Sladkorji
Endogeni lektini
2.generacija
Mukus 1 Viskozna tekočina, ki prekriva sluznice in
tvori sluz. Sestava:
1% glikoproteinov – močno glikozilirani, 1% soli, nekaj lipidov, encimov, Ig, bakterij, nukleinskih kislin, ostalo je voda.
Mukus 2
PROTEINI 75% glikoziliranega dela: treonin, serin, cistein 25% neglikoziliranega dela Linearna struktura: visoka vsebnost prolina
POVEZAVE MED GLIKOPROTEINSKIMI PODENOTAMI Model mlina na veter Linearna/zaporedna vezava
Mukus 3 Sladkorne verige v glikoproteinih:
5 različnih sladkorjev. Negativni naboj
Mukus 4 Funkcije mukusa:
Zaščita sluznice (encimi – lizocim, Ig, HCl), vzdrževanje pH gradienta (absorpcija kislin, vloga HCO3- izmenjevalcev), bariera za bakterije, makromolekule, lubrikator, čiščenje zraka, reprodukcija.
Mukoadhezivni polimeri Velikost in gibljivost molekul (0,5 – 4 mio
D)
Hidrofilne funkcionalne skupine, sposobne
H-vezi. (COOH, OH, NH2, CONHR)
Radi nabrekajo v vodi
Mukoadhezivni polimeri
Derivati celuloze: CMC-Na, MC, HPMC, HPC, HEC
Hitosan in njegovi derivati
Poliakrilna kislina in derivati: polikarbofil, Carbopol 934
Polimeri naravnega izvora: tragakant, pektini, škrobi, alginati, hialuronska kislina
Najpogostejši mukoadhezivni polimeri Hitosan OH NH(R)
O *
HO
4 1
HO
O
1
4
O
n
*
O
NH(R) OH
Polikarbofil R R= - CHOH-CHOH -
* *
n COOH
Mehanizmi bioadhezije 1
1. generacija:
A) tvorba tesnega stika in nabrekanje polimera B) medsebojno vpletanje verig polimera in mukusa C) tvorba sekundarnih kemijskih vezi D) ločitev komponent
Mehanizmi bioadhezije 2
2. generacija - citoadhezija:
A) približanje mikro ali nanodelca epiteliju B) specifična vezava liganda na membranski glikoprotein C) možen vstop v celico (endocitoza) ali sprostitev liganda, lahko pa se oblika le zadrži na mestu vezave. Lahko pride do spremembe citoskeleta, kaskade intracelularnih reakcij in celo do apoptoze.
Vplivi različnih faktorjev na silo bioadhezije Razpoložljivost vode Oblika sluznice Vsebnost bioadhezivnega polimera v
pripravku Velikost in premreženost verig polimera pH medija Ionska moč Prisotnost odstrganega mukusa
Vpliv razpoložljive vode Če je vode premalo: polimer ne nabrekne, verige se ne razpletejo, Ne razkrijejo se funkcionalne skupine, zato je manj interakcij z mukusom.
Če je vode preveč:
se verige polimera preveč razklenejo, celo razredčijo, tudi mukus se razredči zopet manj interakcij z mukusom
Vsebnost bioadhezivnega polimera v pripravku Največji učinek naj bi bil pri cca 20 %
bioadh. polimera Še večji pomen pa ima dodatek hidrofilnega ekscipiensa – omočitev, nabrekanje, razpletanje. Npr. PEG Če še povečujemo % bioadh. polimera, se moč vezi ne povečuje več.
Učinek ionske moči Večja ionska moč manjša sila bioadhezije DLVO teorija Kationi zasenčijo odbijajoče se negativno
nabite skupine v polimeru, zato se te manj odbijajo in zato polimer počasneje nabreka Ca++
Učinek pH
Primer neg. nabitega polimera:
Višji pH večji neg. naboj hitrejše nabrekanje in razpletanje večja moč bioadhezivne vezi Toda! – negativni naboj polimera hkrati zmanjšuje moč zaradi odboja od neg. nabitih sladkorjev na glikoproteinih mukusa in glikokaliksu epitelnih celic. Hkrati je takrat manjša možnost za tvorbo vodikovih vezi. Za maks. bioadhezijo je tako potreben nek kompromis pKa polimera naj bi bil čim bližje fiziološkemu pH sluznice, da ne pride do iritacij.
Učinek molekulske mase Za poliakrilate lahko rečemo, da sila
bioadhezije narašča z molekulsko maso polimera, Vendar ne čez vse meje: maksimum bioadhezivne vezi : 450 kD - 750 kD. Daljše verige - slabo gibljive - težje se razpletajo.
Aplikacije bioadhezivnih pripravkov Oralna aplikacija
Možnosti: bukalno, sublinvalno, gingivalno, palatalno Lokalno in sistemsko (ni prvega prehoda) Antimikotiki, steroidi, anestetiki, betablokatorji, nitroglicerin, testosteron. Oblike: tablete, bioadhezivni geli, tanki filmi
Oralna aplikacija
Vaginalna aplikacija Lahko dostopna sluznica, dobra prekrvavitev, sorazmerno velika površina Polimeri – hitosan, alginati, HPC, carbopol 934, polikarbofil (ostane vezan 3-4 dni) Učinkovine – predvsem antimikotiki, antibiotiki, aciklovir, citostatiki, progesteron, nonoksinol-9 Lahko tudi brez uč. – za vzdrževanje vlažnosti
Oblike: predvsem geli, palčke, tablete.
Okularna aplikacija
Hitro odstranjevanje klasičnih oblik s solzno tekočino (16% se je zamenja vsako min) Neraztopljeni delci ZU ne motijo, če so vgrajeni v hidrogel in dovolj majhni Poliakrilna kislina ali hialuronska kislina Učinkovine – midriatiki, antibiotiki Oblike – hidrogeli, nano in mikrodelci, tekočine, ki gelirajo, trdni okularni inserti
Okularna aplikacija Podaljšan čas zadrževanja na očesu Tvorba gela in majhno draženje
Transdermalna aplikacija
Boljša penetracija ZU kot pri klasičnih obližih Polimer – Poliaminometakrilat, PVA Pospeševalci absorpcije – terpenski derivati in fenoli (npr. linalool, alfa terpineol, karvakrol, limonen, menton, eugenol) ali gliceridi nasičenih organskih kislin (C6-C12) Učinkovine – lidokain, nikotin, opiati, steroidi, haloperidol. Oblike - obliži
Nazalna aplikacija Dobro prekrvavljena, velika sluznica, dobra in hitra absorpcija peptidov, hitro se poškoduje, hitro ciliarno gibanje proti žrelu, ob uporabi pospeševalcev absorpcije, pride do keratinizacije, polimeri – hitosan, derivati celuloze, učinkovine – predvsem peptidi npr. insulin, vakcine, oblike – mikrosfere, nanodelci, tekočina, praški
Vakcinacija – nazalna, pulmonalna, celo peroralna aplikacija
Pulmonalna aplikacija
Ogromna površina 75m2, dobro prekrvavljena, 0.5 µm, hitra Abs, ni metabolizma prvega prehoda Učinkovine – peptidi: insulin, IL-2, katalaza, SOD, vakcine, nukleinske kisline, ciklosporin Oblike – nanodelci, mikrosfere, liposomi Nebulizatorji: • AERx (Aradigm)
Repimat(Boehringer) AeroDose (Aerogen)
Pulmonalna aplikacija
Inhalatorji za suhe praške: • A Diskhaler(GSK)
B Dura inhaler (Spiros)
C Nektar inhaler (Nektar)
Rektalna aplikacija
Dobro prekrvavljena, kri iz spodnjih dveh tretjin se ne steka v veno portae Daljša absorpcija, manj uhajanja oblike Za lokalno in sistemsko zdravljenje Učinkovine – šibki analgetiki Oblike – svečke, geli, pene.
Intravezikalna aplikacija
Podaljšamo lahko čas zadrževanja zdravilne učinkovine tesno ob sluznici kljub mikciji Učinkovine: pipemidna kislina, citostatiki. Oblike: mikrosfere, nanodelci
10 cm
100 µm
Peroralna aplikacija
Zakaj? - nihče ne mara igel. Za učinkovine s slabo topnostjo, počasno absorpcijo in absorpcijskim oknom, peptidne uč. Številne ovire za klasične bioadhezivne oblike • Odluščeni mukus, hitra pasaža, kislina, encimi
Druga generacija: • Direktno do kolona – acidorezistentne obloge in bakterijsko degradibilne obloge, nanodelci z lektini
Peroralna aplikacija interferon, insulin, kalcitonin, G-CSF, EPO, rastni hormon, interlevkini
Peroralna aplikacijasistem “ GI-MAPS TM ”
1.Eudragit, 2.poliakrilat-PEG, 3. ZU+celuloza+citronska ksl., 4. etilceluloza
Peroralna aplikacija: mikrosfere, ciljana dostava v želodec
Peroralna aplikacija
Metode vrednotenja bioadhezije
Največkrat gre za tenziometrično merjenje sile, potrebne za ločitev bioadhezivne oblike oz. polimernega filma od sluznice.
Metode za vrednotenje bioadhezije
Metode za vrednotenje bioadhezije
Metode za vrednotenje bioadhezije
Metode za vrednotenje bioadhezije
Problemi prve generacije bioadhezivov Predvsem: • pri p.o. aplikaciji: prost mukus, kisel ž. pH, proteolitski encimi, učinek prvega prehoda, hiter preobrat mukusa -3h.
Namen II generacije: večja specifičnost in večji adheriran delež aplicirane FO
Druga generacija bioadhezivov (specifična adhezija) The Next Generation II.gen: Specifična vezava na sluznični epitelij Lektini – rastlinski glikoproteini. LEA, WGA, UDA Invazini – proteini iz bakterijske ovojnice. Sladkorji iz galaktoz in fukoz – se vežejo na endogene lektine in selektine
Druga generacija bioadhezivov (specifična adhezija) Specifičen ligand na FO (nanodelci,
mikrokapsule, liposomi) se veže na receptor:
na glikoproteine mukusa, na epitelne celice, na Peyerjeve plošče, M-celice, GALT (gutgut-associated lymphoid tissue) tissue), v absorpcijskem oknu, na abnormalno glikozilirane epitelne celice patološko spremenjenega tkiva (npr. karcinom želodca)
Druga generacija bioadhezivov (specifična adhezija) Slabosti:
Težave pri vgradnji učinkovin v tovrstne nosilne sisteme (angl. “drug loading”), nizek delež adheriranje oblike po aplikaciji, možna toksičnost po vezavi lektinov / invazinov, draga in zapletena izdelava, pretežno le GALT.
Druga generacija bioadhezivov Tehnologija izdelave
Lektine in invazine se pripne ali adsorbira na mikro in nanodelce iz polistirenskih karboksilatnih lateksov ali pa vgradi v liposome: Karbodiimidna metoda Sistem streptavidin-biotin
Vprašanja 1 1.
Na kratko opiši princip in vitro metod za vrednotenje bioadhezije!
2. Naštej vsaj 3 dobre bioadhezive!
Vprašanja 2.par 3. Zakaj se največkrat uporabljajo
negativno nabiti polimeri? 4. Zakaj se pozitivno nabiti polimeri
manj uporabljajo?
Vprašanja 3.par 5. Pri katerih pH vrednostih (glede na
pKa) ima poliakrilna kislina najboljše bioadhezivne lastnosti in zakaj? 6. Kako vpliva količina vode na jakost
bioadhezije?
Vprašanja 4.par 7. Kakšen je mehanizem vezave pri prvi
generaciji bioadhezivov?
8. Kateri faktorji vse vplivajo na moč
bioadhezivne vezi?
Vprašanja 5.par 9. V kakšne oblike se vgrajujejo in
kako? 10. Kaj so ovire pri peroralni aplikaciji
bioadhezivnih farmacevtskih pripravkov?
Vprašanja 6.par 11. Katere so prednosti in
pomankljivosti nazalne aplikacije ? Katere bioadhezivne farmacevtske oblike lahko apliciramo nazalno?
12. Ali so vsi bioadhezivni pripravki
netopni v vodi? Od česa je odvisen čas, ko so bioadhezivne farmacevtske oblike prilepljene na sluznico?
Vprašanja 7.par 13. Kakšne bi bile lastnosti idealnega
bioadh. polimera? 14. Sluznice katerih organov so najbolj
primerne za aplikacijo bioadhezivnih oblik? Katere so primerne za sistemsko in katere za lokalno zdravljenje in katere za oboje?
Vprašanja 8.par 15. Katere prednosti in pomanjkljivosti
ima bukalni bioadhezivni farmacevtski pripravek v primerjavi s klasičnim trdnim peroralnim pripravkom, če gre v obeh primerih za sistemsko aplikacijo? 16. Katere so pomanjkljivosti prve
generacije bioadhezivov ?
Vprašanja 9.par 17. Kaj naj bi bile prednosti druge
generacije bioadhezivov, kaj so njihove slabosti ? 18. Kakšen je mehanizem vezave pri
drugi generaciji bioadhezivov ?