Lipid nanorészecskék és liposzómák: Klinikai áttörések

Szerzői:
Richard K. Fisher, Ph.D. (Formulációs igazgató)
Graham J. Taylor, Ph.D. (elnök és technológiai igazgató)
Nima Tamaddoni, Ph.D. (Vezérigazgató)
PDF letöltése.
Idézze ezt a cikket
Elérhetőség:
Richard (Trey) K. Fisher, Ph.D. Trey@ttscientific.com

BEVEZETÉS

A liposzómák, lipid nanorészecskék (LNP-k) és más lipidalapú készítmények klinikailag bizonyítottan javítják számos aktív gyógyszerészeti összetevő (API) terápiás indexét. A lipidek a biológiai molekulák egy amfipatikus osztálya, amelyek ideális biztonsági és farmakokinetikai profilt mutatnak, ha gyógyszerészeti termékekbe építik be őket. A közelmúltban az LNP-k világszerte nagy figyelmet kaptak a COVID-19 világjárvány terjedésének megakadályozását célzó messenger RNS (mRNS) alapú vakcinakészítményekbe való beépítésük miatt. Az LNP nanotechnológia gyorsan a preferált gyógyszerbejuttató rendszerré (DDS) vált a génterápiákban és más komplex parenterális gyógyszerkészítményekben, és a nanomedicina jövőjét képviseli. 

LIPID OLDATOK PARENTERÁLIS ADAGOLÁSI FORMÁHOZ

A liposzómák régóta bizonyítják, hogy az API hatékony gyógyszerszállító vivőanyagai rossz farmakokinetikával, korlátozott biológiai hozzáférhetőséggel vagy oldhatósággal és nagy toxicitással. Az 1960-as években fedezte fel Alec D. Bangham, a liposzómákat eredetileg mesterséges kettősrétegként használták a membránok biofizikai tulajdonságainak tanulmányozására. A liposzóma morfológiája egy vagy több lipid kettősréteggel körülvett vizes magként írható le, amely lipidfázis a hengeres térkitöltő lipidmolekulák által preferált. Az amfifil kettősréteg, amely jellemzően foszfolipidekből és szterolokból áll, biológiai sejtmembránokra hasonlít, és elősegíti a sejt endocitózisát és az azt követő sejtfelvételt. Gregory Gregoriadis 1970-es évekbeli erőfeszítései nyomán a liposzómák ideális DDS-megoldásoknak bizonyultak gyógyszerészeti alkalmazásokhoz. Ez a kutatás adja az első ismereteket a nanomedicinák fizikai tulajdonságai és a biológiai közeg in vivo közötti összetett kapcsolatáról. 1995-re a doxorubicin liposzómális készítménye (Doxil®) lesz az első FDA által jóváhagyott nano DDS.

Akár szintetikus, akár természetes lipidkomponensekből állnak, a hagyományos liposzómák nagyon sokoldalúak, és széles körben vizsgálták őket, mint multifunkcionális segédanyagokat a célzott gyógyszerbejuttatásban, képalkotásban és diagnosztikában. A lipidalapú DDS-hez egy alternatív összeállítási módszert keresve a Demetrios Papahadjopoulos a fordított fázisú elpárologtatás (RPE) győzedelmeskedik, egy nagyon reprodukálható eljárás, amely az API-t a gyártás során vizes és szerves oldószerek kombinációjával kapszulázza. Végül Batzri és Korn létrehozta az etanol befecskendezési módszerét, amelynek során az etanolban oldott lipideket feleslegben lévő vizes pufferben injektálják, nanoméretű kolloid diszperziót képezve. A következő generációs mikrofluidikus technikák beépítése etanol injekcióval olyan skálázható gyártási folyamatot biztosított, amely felgyorsíthatja a lipidalapú gyógyszerészeti oldatok klinikai transzlációját, amint azt a COVID-19 elleni mRNS-LNP vakcinák közelmúltbeli áttörése is mutatja.

Ábra 1: A hagyományos liposzómákat számos klinikai alkalmazásra módosították.

ALAPVETŐ KÉRDÉS: SZILÁRD LIPID NANORÉSZÉKEK ÉS NANOSTRUKTURÁLT LIPIDHORDOZÓK

A szilárd lipid nanorészecskék (SLN) lipid alapú nanohordozók, amelyek nagy fázisátmeneti lipidekből készülnek, amelyek testhőmérsékleten szilárdak, és emulgeálószerekkel stabilizálódnak. Az SLN morfológiája eltér a liposzómákétól, mivel szilárd lipid belsejét tartalmaz, amely elektronsűrű magként jelenik meg az elektronmikroszkópos felvételeken. Az SLN nanoméretű mérettartományban gyártható, és jó hosszú távú stabilitással rendelkezik a nem poláris API-val. Sajnos az SLN gyenge gyógyszerbetöltési hatékonyságot mutat, és nehezen ellenőrizhető gyógyszerfelszabadulási jellemzőket mutat. A közelmúltban szilárd és folyékony fázisú lipidkomponenseket tartalmazó nanostrukturált lipidhordozók (NLC) előállítására fejlesztettek ki fejlett módszereket az SLN korlátainak leküzdésére. Az NLC-k jobb gyógyszerbetöltő kapacitást mutatnak a lipidmátrix magjában, és ideális és kiszámítható gyógyszerfelszabadulási profilt mutatnak.

Ábra 2. Az LNP szerkezete a lipid nano-emulzióktól a szilárd lipid nanorészecskékig (SLN). A nanostrukturált lipid nanohordozók (NLC) szilárd és folyékony-lipid fázisok keverékét tartalmazzák, amelyek ideálisak a megnövelt terhelési kapacitáshoz és a szabályozott gyógyszerfelszabadulási profilokhoz.

Génterápia és mRNS-vakcinák: A genetikai hasznos terhek szállítási megoldása

Klinikai valósággá vált az a képesség, hogy ritka és korábban nem gyógyítható betegségeket terápiás vagy mutált fehérjék expresszálásával, patológiás gének elhallgattatásával vagy a betegek natív genomjának szerkesztésével lehet kezelni. A jóváhagyott vagy késői stádiumú klinikai vizsgálatokban lévő nukleinsav-terápiás szerek jelenlegi példái közé tartoznak az antiszensz oligonukleotidok (ASO), a kis interferáló RNS (siRNS), a hírvivő RNS (mRNS) és a plazmid DNS (pDNS). Az mRNS-vakcinák megjelenése, amelyek során a vírusantigéneket a gazdasejt-gépezet expresszálja az immunizálás előtt, lehetővé tette a kutatóknak, hogy példátlan gyorsasággal dolgozzanak ki megoldásokat a COVID-19 világjárványra. Ez nagyrészt az LNP-k több mint 20 éves klinikai és kereskedelmi sikerének köszönhető, amelyek hatékony és biztonságos szállító ágensek olyan genetikai rakományokhoz, mint az mRNS és a DNS. Tekintettel arra, hogy az emberi genom bármely génje gyógyszerezhető, a génterápia a modern orvoslás jövőjévé válik, és lehetővé teszi a kutatóknak, hogy legyőzzék a ritka, javíthatatlan betegségeket. Sajnos a nukleinsavak illékonyak, és szállítóeszközre van szükségük a genetikai rakomány védelméhez és a célsejtekbe való in vivo bejutáshoz.

A DNS és RNS lipidalapú készítményekkel történő kapszulázására és bejuttatására irányuló kezdeti erőfeszítések passzív kapszulázási stratégiákat foglaltak magukban semleges, ikerionos lipidkészítményekkel. A gyakran költséges nukleinsav rakományok töltési hatékonyságának javítása érdekében kationos lipideket (pl. DOTAP, DOTMA) építettek be a liposzómális készítményekbe, hogy az elektrosztatikus lipid/DNS lipoplexeken keresztül fokozzák a kapszulázódást. A génterápia lipoplex által közvetített bejuttatása jelentős hasznosságot mutatott in vitro transzfekciós kísérletekben (pl. Lipofectamine®). A komplexképzési folyamat paraméterei azonban spontának és nehezen szabályozhatók, így a részecskéket széles méreteloszlás jellemzi, a nanoméretűtől a több mikronig terjedő tartományban. Az FDA GMP gyógyszergyártóknak szóló útmutatása szerint a részecskeméret és a részecskeeloszlás ellenőrzése fontos minden lipid alapú gyógyszeradagoló rendszer esetében. Ahogy a lipidalapú oldatok gyártási módszerei a nanomedicinában fejlődtek, a hangsúly az LNP morfológiájára helyeződött a nukleinsavak gyógyszeriparban történő szállítására.

Lipid nanorészecskék: szilárd lipid nanorészecskék (SLN) és nanoszerkezetű lipidhordozók (NLC)

Az mRNS vakcinák kifejlesztése a COVID-19 elleni küzdelemben a 21. század egyik legfontosabb orvosi felfedezése. Előreláthatólag az LNP-készítmények gyorsan a nukleinsav-szállítás aranystandardjává válnak. Az LNP-készítményekkel végzett kezdeti vizsgálatok a lipidmagban internalizált és stabilizált lipid-nukleinsav komplexek spontán összeállításával kezdődtek, analóg az itt tárgyalt NLC morfológiával.

Az első LNP-készítmények előállításához detergens dialízis módszert alkalmaztak, amelyet gyakran alkalmaztak hidrofil API kapszulázására hibrid NLC-készítményekben. Az ionizálható kationos lipidek bevezetése etanol injekcióval és mikrofluidikus technikákkal kombinálva méretezhető gyártási módszert biztosított a nukleinsavak nagy terhelési hatékonyságának eléréséhez 100 nm-nél kisebb átmérőjű monodiszperz LNP-ben. Ezek az LNP rendszerek alacsony felületi töltést mutatnak, ami segít leküzdeni a toxicitást és a farmakokinetikai problémákat in vivo.

Ábra 3. A lipoplex és az LNP morfológiájának összehasonlítása kapszulázott nukleinsav rakományokkal


Referenciák

  1. Polack, FP, Thomas, SJ, Kitchin, N., Absalon, J., Gurtman, A., Lockhart, S., ... & Gruber, WC (2020). A BNT162b2 mRNS Covid-19 vakcina biztonságossága és hatékonysága. New England Journal of Medicine, 383(27), 2603-2615.
  2. Bangham, AD, Hill, MW és Miller, NGA (1974). Liposzómák készítése és felhasználása biológiai membránok modelljeként. In Methods in membránbiológia (pp. 1-68). Springer, Boston, MA.
  3. Gregoriadis, G. (1976). A liposzómák hordozó potenciálja a biológiában és az orvostudományban. New England Journal of Medicine, 295(13), 704-710.
  4. Barenholz, YC (2012). Doxil® – az első FDA által jóváhagyott nano-gyógyszer: tanulságok. Journal of Controlled release, 160(2), 117-134.
  5. Perche, F. és Torchilin, alelnök (2013). A multifunkcionális liposzómális nanohordozók legújabb trendjei a fokozott tumorcélzás érdekében. Gyógyszerszállítási folyóirat, 2013.
  6. Szoka, F., & Papahadjopoulos, D. (1978). Eljárás nagy belső vizes térrel és nagy befogással rendelkező liposzómák előállítására fordított fázisú bepárlással. Az Országos Tudományos Akadémia Közleményei, 75(9), 4194-4198.
  7. Ghasemiyeh, P. és Mohammadi-Samani, S. (2018). Szilárd lipid nanorészecskék és nanostrukturált lipidhordozók, mint új gyógyszerleadó rendszerek: alkalmazások, előnyök és hátrányok. Gyógyszertudományi kutatások, 13(4), 288.
  8. Amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal. (2018, augusztus 10.). Az FDA elsőként hagyja jóvá a célzott RNS-alapú terápiát egy ritka betegség kezelésére [Sajtóközlemény]. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-of-its-kind-targeted-rna-based-therapy-to-treat-a-rare-disease
  9. Amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal. (2017, december 18.). Az FDA új génterápiát hagy jóvá az öröklött látásvesztés ritka formájában szenvedő betegek kezelésére [Sajtóközlemény]. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-novel-gene-therapy-to-treat-patients-with-a-rare-form-of-inherited-vision-loss
  10. Kulkarni, JA, Cullis, PR és Van Der Meel, R. (2018). Génterápiákat lehetővé tevő lipid nanorészecskék: a koncepcióktól a klinikai hasznosságig. Nukleinsav terápiák, 28(3), 146-157.
  11. Filion, MC és Phillips, NC (1997). A kationos lipidekkel formulázott liposzóma vektorok toxicitása és immunmoduláló aktivitása az immun effektor sejtekkel szemben. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes, 1329(2), 345-356.
  12. Lappalainen, K., Jääskeläinen, I., Syrjänen, K., Urtti, A., & Syrjänen, S. (1994). A sejtproliferációs és toxicitási vizsgálatok összehasonlítása két kationos liposzómával. Gyógyszerészeti kutatás, 11(8), 1127-1131.
  13. Amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal. (2018, április). Liposzóma gyógyszerkészítmények: kémia, gyártás és kontrollok; Humán farmakokinetika és biohasznosulás; és címkézési dokumentáció [útmutató]. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-of-its-kind-targeted-rna-based-therapy-to-treat-a-rare-disease
  14. Cullis, PR és Hope, MJ (2017). Lipid nanorészecske rendszerek génterápiák lehetővé tételéhez. Molecular Therapy, 25(7), 1467-1475.
  15. Li, W. és Szoka, FC (2007). Lipid alapú nanorészecskék nukleinsav szállításhoz. Gyógyszerészeti kutatás, 24(3), 438-449.
  16. Wheeler, JJ, Palmer, L., Ossanlou, M., MacLachlan, I., Graham, RW, Zhang, YP, ... & Cullis, PR (1999). Stabilizált plazmid-lipid részecskék: felépítés és jellemzés. Gene therapy, 6(2), 271-281.
Megjelent: Március 28, 2021
T&T Scientific Corp.
Szerzői:
Richard K. Fisher, Ph.D. (Formulációs igazgató)
Graham J. Taylor, Ph.D. (elnök és technológiai igazgató)
Nima Tamaddoni, Ph.D. (Vezérigazgató)
Idézze ezt a cikket
Elérhetőség:
Richard (Trey) K. Fisher, Ph.D. - Trey@ttscientific.com
PDF letöltése.
T&T Scientific Corp.
7140 Regal Lane,
Knoxville, TN 37918 USA
P: 888-998-2638
E: Info@ttscientific.com

Véleménye fontos számunkra!

Kérjük, vegye figyelembe, hogy a megjegyzéseket megjelenésük előtt kontrolláljuk.