Biofarmacija Bioadhezija - Odgovori Na Vprasanja

1. Na kratko opiši princip in vitro metod za vrednotenje bioadhezije! In vitro metode temeljijo na merjenju sile ali dela, potrebnega za cepitev adhezivne vezi. V odvisnosti od smeri, v kateri odstranimo adheziv od substrata, lahko merimo:

Peel force Sila ˝lupljenja˝

Tensile detachment force Ločitvena sila Shear force Strižna sila

Najpomembnejša eksperimentalna naprava za določanje sile, potrebne za prekinitev vezi, je:

Tenziometer Gumijast nastavek

Tkivo

Aluminijast pokrov z odprtino Polimer Testna raztopina

S to aparaturo merimo silo, ki je potrebna za ločitev bioadhezivne tablete in mreže sita, na katero smo predhodno nanesli ustrezno količino vode. Chang s sodelavci je metodo izvedel tako, da je na vzporedna nosilca vpel tkivo, na tkivo na zgornjem nosilcu nanesel hidratiran polimer in nato vzpostavil stik med polimerom in tkivom na spodnjem nosilcu. 2. Razvrstitev bioadhezivnih polimerov. •

Derivati celuloze: Na-karboksimetil celuloza, metilceluloza, hidroksipropilmetil celuloza, HPC, HEC.

•

Hitosan in derivati

•

Poliakrilna kislina in derivati: polikarbofil, Carbopol 934

•

Polimeri naravnega izvora: tragakant, pektin, škrob, alginati, hialuronska kislina.

3. Zakaj se največkrat uporabljajo negativno nabiti polimeri? Negativno nabiti polimeri so pri fiziološkem pH dobro ionizirani, zaradi tega hitro nabrekajo in s tem hitro tvorijo interakcije z mukusom. V zadnjem času se vse več uporabljajo tudi hitosan in njegovi derivati ter celulozni derivati, predvsem HPMC. 4. Zakaj se pozitivno nabiti polimeri manj uporabljajo? Kationski polimeri so se včasih redkeje uporabljali, ker so znansteniki menili, da se lahko premočno vežejo na negativno nabito površino celic (ionske vezi) in tako poškodujejo celice (destabilizirajo membrano). Kasneje se je izkazalo, da to ni res, saj se danes npr. hitosan uporablja direktno kot obloga za rane za hitrejše celjenje. V Ameriki in zdaj tudi pri nas ga celo uporabljajo kot dodatek k prehrani za lažje hujšanje. 5. Pri katerih pH vrednostih (glede na pKa) ima poliakrilna kislina najboljše bioadhezivne lastnosti in zakaj? Moč bioadhezivne vezi poliakrilne kisline narašča približno do pH 6, nato pa močno pade. pKa poliakrilne kisline je namreč 4,75 in je pri pH nad 6 v veliki meri negativno nabita, kar privede do močnega odboja z negativno nabitimi skupinami na glikoproteinih mukusa in glikokaliksom na površini epitelnih celic (pKa sialične kisline je 2,6). Naknadno pa so ugotovili, da je maksimalna bioadhezija poliakrilne kisline pri pH, ki je manjši od pKa. Pri takem pH je najmanj odbojnih elektrostatskih interakcij z mucini, vodikovih vezi pa se lahko tvori največ, ker so karboksilne skupine protonirane. Vendar takrat niso upoštevali, da mora in vivo bioadhezivni polimer tudi dobro in hitro nabrekniti, da se lahko tvori močan bioadhezivni stik, kar pa se pri tako nizkem pH ne zgodi. Polimer takrat enostavno ne nabreka ali pa se to dogaja zelo počasi. Za močan bioadheziven stik negativnega polimera je tako potreben nek kompromis med hitrostjo nabrekanja in elektrostatskimi odbojnimi silami z mucini. pKa polimera naj bi bil v bližini fiziološkega pH sluznice, kjer apliciramo farmacevtsko obliko. Takrat skoraj zagotovo lahko pričakujemo sorazmerno dobro nabrekanje in dobro jakost bioadhezije, obenem pa vemo, da na mestu aplikaceje ne bomo povzročili velike spremembe v pH in s tem draženja sluznice.

6. Kako vpliva količina vode na jakost bioadhezije?

Bioadhezivne lastnosti so odvisne od stopnje hidratacije. Maksimalna adhezija je dosežena pri optimalni stopnji hidratacije. Takrat pride do popolnega prekrivanja med vsemi za adhezijo sposobnimi funkcionalnimi skupinami na polimeru z ustreznimi mesti na glikoproteinu, za kar je potrebna optimalna količina vode med komponentama. In vivo se to skoraj nikoli ne zgodi. Če je prisotno premalo vode, potem pride le do delne hidratacije polimera, sprosti se le del polimernih verig in ne pride do interakcije na vseh mestih, ki so sicer sposobna tvoriti bioadhezivne vezi. Če je prisotna prevelika količina vode, se razdalja med aktivnimi skupinami polimera in glikoproteina poveča in bioadhezivne vezi postanejo šibkejše oz. se popolnoma prekinejo. 7. Kakšen je mehanizem vezave pri prvi in drugi generaciji bioadhezivov? Prva: Tvorba stika s sluznico, nabrekanje polimera, medsebojno vpletanje verig in tvorba sekundarnih kemijskih vezi, ločitev obeh komponent. Druga: Proteini na celični površini in večina lipidov v celični membrani je glikoziliranih in ti glikani so vezavna mesta za bioadhezive druge generacije (lektine in invazine). Različni tipi celic so različno glikozilirani, še posebej pa se rakaste in transformirane celice razlikujejo od zdravih celic. Tako se lahko lektini uporabljajo kot specifične prenašalne molekule za različne celice in tkiva. Kot primer: zdravljenje rakastih celic brez poškodovanja zdravega tkiva (raziskave potekajo pri zdravljenju raka na želodcu, kjer se zdrave in rakaste celice med seboj močno razlikujejo po glikozilaciji). Te specifične interakcije lahko uporabimo tudi za prevajanje signalov do celic z namenom, da sprožimo vezikularni transport v ali skozi polarizirano epitelijsko celico. Kot primer: tako zdravijo cistično fibrozo v pljučih, uporablja se tudi pri nazalni aplikaciji. 8. Kateri faktorji vse vplivajo na moč bioadhezivne vezi? Razpoložljivost vode, pH, pKa, ionska moč, dolžina verig polimera, njegova vsebnost v pripravku, sposobnost oblike, da se prilagodi obliki sluznice, prisotnost odstrganega mukusa. Naštej bioadhezivne spojine 2. generacije: •

Rastlinski lektini: Lycopersicon esculentum agglutinin (LEA), wheat germ agglutinin (WGA), Urtica dioica agglutinin (UDA)

•

bakterijski invazini: iz Yersiniae enterocolyticae (rodilnik)

Sladkorji (manoze, fukoze, galaktoze, N-acetilglukozamin), PHPMA (polihidroksimetilmetakrilamid).

9. V kakšne oblike se vgrajujejo bioadhezivne komponente? Liposomi, nanodelci, mikrosfere, prahovi, tablete, kapsule, mikrotablete, geli, tekočine, pene, obliži, palčke, globule, svečke. 10. Kaj so ovire pri peroralni aplikaciji bioadhezivnih farmacevtskih pripravkov? •

mukus, ki prekriva sluznico GIT, saj predstavlja oviro, ki jo mora učinkovina preiti,

•

bioadhezivna oblika se mora prilepiti na mukus, kar pa je oteženo zaradi hitro obnavljajočega se mukusa,

•

spremenljive vrednosti pH od zaužitja do mesta absorpcije,

•

bariera, kjer poteka absorpcija,

•

razpad učinkovine med absorpcijo, kar povzroči, da se učinkovina ne absorbira popolno,

•

čas prehoda od zaužitja do mesta lahko variira pri posamezniku,

•

učinkovina je izpostavljena encimski razgradnji v GIT,

•

daljši čas potreben za doseganje terapevtskih krvnih koncentracij učinkovine,

•

intra- in inter-individualne razlike (razlike med osebki in pri enem samem osebku-npr. pitje alkohola, kajenje, tudi različne vrste hrane z različno vsebnostjo maščob)

•

nosilni sistem učinkovine mora biti odporen na gibanje GIT,

•

učinek prvega prehoda (portalni obtok),

•

hitra pasaža skozi določene dele GIT.

11. Katere so prednosti in pomankljivosti nazalne aplikacije? Katere bioadhezivne farmacevtske oblike lahko apliciramo nazalno? Nosna sluznica je dobro prekrvavljena, zato je penetracija učinkovin dobra in hitra. Učinkovina gre direktno v sistemski obtok, s čimer se izogne prvemu prehodu skozu jetra (in

ne podleže jetrnemu metabolizmu). Prav tako je nazalna aplikacija zelo primerna tudi zaradi dobre absorbcije peptidov. Ker je nosna sluznica občutljiva (predvsem na površinsko aktivne snovi), lahko pride do draženja in motnje delovanja nosnih cilij. Druga slaba stran so zelo raznolike razmere v nosni sluznici (hitrost nastajanja mukusa, spomnite se na pogoste alergije in prehlade). Nazalno lahko apliciramo mikrosfere, nanodelce, tekočine in praške. 12. Ali so vsi bioadhezivni pripravki netopni v vodi? Od česa je odvisno, koliko časa je bioadhezivna farmacevtske oblika prilepljena na sluznico? Linearni bioadhezivni polimeri so topni v vodi npr. nekateri poliakrilati, HPC, HPMC, CMCNa. Večinoma so topni tudi naravni mukoadhezivi – pektini, škrobi, alginati, tragakant. Čas, ko je polimer prilepljen na sluznico, je odvisen od hitrosti obnavljanja mukusa, encimov (ki razgrajujejo polimere) in, če gre za vodotopen polimer, od hitrosti raztapljanja, ter od fizikalnih obremenitev mesta aplikacije (npr. mežikanje, žvečenje trde hrane). 13. Kakšne so zahteve za idealni polimer? -

naj bi se močno prilepili na sluznico za čim daljši čas,

•

hidrofilne funkcionalne skupine (karboksilna, hidroksilna, amidna funkcionalna skupina),

•

čim več prepletanja,

•

čim manjše premreženje (velika premreženost in rigidni deli polimerov zmanjšajo gibljivost verig in otežijo vmesno prepletanje in s tem bioadhezijo),

•

biološko degradibilni,

•

čim manjši vpliv na pH sluznice,

•

omogočajo kontrolirano sproščanje (npr. 0. red),

•

kompatibilni s čim večjim številom učinkovin,

•

zavirajo proteolitične encime (hitosan, polikarbofil),

•

pospeševalci absorbcije,

•

ugodni za formulacijo (tehnologija izdelave),

•

brez okusa.

14. Sluznice katerih organov so najbolj primerne za aplikacijo bioadhezivnih oblik in za kakšen način delovanja učinkovine po aplikaciji (sistemski, lokalni) je katera sluznica ustreznejša? SISTEMSKO DELOVANJE: peroralna, oralna, nazalna, rektalna, pulmonalna, trandsermalna aplikacija. LOKALNO DELOVANJE: oralna, nazalna, vaginalna, cervikalna, okularna, intravezikalna, pulmonalna aplikacija, rektalna, transdermalna. SAMO LOKALNO: okularna, vaginalna, intravezikalna. 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? PREDNOSTI: podaljšan čas zadrževanja oblike na mestu adhezije, dobra absorpcija (sploh če imamo zmerno lipofilno učinkovino z nizko molsko maso), zelo dobra prekrvavitev sluznice, izognemo se metabolizmu v jetrih, lahko dostopno mesto aplikacije, enosmerni direktni pretok učinkovine, omogočen tesni stik, lokalizacija oblike na želenem mestu kljub hrani, pijači, kadarkoli lahko prekinemo s terapijo. SLABOSTI: bioadhezivna oblika predstavlja tujek (moti pacienta), tudi če se zelo malo učinkovine sprosti v slino, lahko deluje na receptorje za grenko (ogaben okus), možen metabolizem učinkovine z encimi v slini (v manjšem obsegu), možna je erozija sluznice. 16. Katere so pomanjkljivosti prve generacije bioadhezivov? Odg. - ni ciljane adhezije (nespecifičnost), zato so se velikokrat deaktivirali predvsem po peroralni aplikaciji s prostim mukusom v lumnu, - prilepijo se na mukus in ne na epitelij, tako da še vedno obstaja difuzijska bariera (predvsem za lipofilne zdravilne učinkovine), -večinoma nimajo idealnih lastnosti za nadzorovano sproščanje, -velika odvisnost bioadhezije od razpoložljive vode, osmolalnosti in pH, -občutljivost na proteolitične in bakterijske encime, -spremenijo pH na sluznici in jo lahko dražijo, povzročajo lahko erozijo sluznice [Lee, Park, Robinson, Duchene, Ponchele].

17. Kaj naj bi bile prednosti druge generacije bioadhezivov, kaj so njihove slabosti? Odg. –predvsem specifičnost vezave na celično površino -možna endocitoza (še boljša absorpcija), možno za gensko zdravljenje, aktualni predvsem v raziskovalnih ustanovah.

- slabost: -spet inaktivacija s prostimi glikoproteini, imunološki odgovor, lahko iritirajo GIT, tehnologija izdelave, cena, majhne terapevtske prednosti [Lee, Park, Robinson]

18. Kakšen je mehanizem vezave pri drugi generaciji bioadhezivov? Odg.Lektini so proteini, ki z veliko specifičnostjo prepoznavajo sladkorne komplekse na proteinih in lipidih. Taki kompleksi so kot del glikokaliksa tudi na površini celic. Po vezavi lahko pride do tudi do sproženja celičnega odgovora in vezikularnega prehoda v ali skozi epitelijske celice [Bies]