Kulcsszavak: célzott terápia, nano-mérettartomány, gyógyszerhordozó rendszer

Átírás

1 Egészségtudományi Közlemények, 1. füzet, 1. szám (2011), A JÖVŐ TERÁPIÁJA: NANOMÉRETŰ GYÓGYSZERHORDOZÓ RENDSZEREK JUHÁSZNÉ SZALAI ADRIENN 1, DOJCSÁKNÉ KISS-TÓTH ÉVA 1, KOSKA PÉTER 1, DR. KISS-TÓTH EMŐKE 1, DR. SZEBENI JÁNOS 1,2,3, DR. FODOR BERTALAN 1 Összefoglalás: A hatékony, célzott, egyre kisebb dózist igénylő terápia iránt növekszik az igény, mind az orvosok, mind a betegek részéről. Személyre szabott terápiára lehetőséget nyújthatnak a jelenleg, még nagyrészt kísérleti fázisban lévő, de reményekre okot adó gyógyszerhordozó rendszerek bevezetése. Ezek a nanomérettartományba tartozó rendszerek számos lehetőséget rejtenek magukban, mivel nagyon sokrétűek. Biztonságos alkalmazásuk, még sok esetben további vizsgálatokat igényel, bár már létezik olyan gyógyszerhordozó, melyet sikerrel alkalmaznak a gyógyászatban. Kulcsszavak: célzott terápia, nano-mérettartomány, gyógyszerhordozó rendszer Bevezetés A nanotechnológia napjaink egyik legdinamikusabban fejlődő tudományterülete. A nano görög eredetű szó, mely eredetileg törpét jelent. Ennek megfelelően a nanoméretű anyagok, molekulák és élő rendszerek nagyon parányiak ( m). A nanotechnológia középpontjában a nano-mérettartományban történő kutatások, fejlesztések, vizsgálatok és elemzések állnak. Ez a tartomány - többek között - a sejten belüli életfolyamatok dimenziója is. Így az orvosi kutatások terén is jelentős változásokat hozott a nanotechnológia fejlődése és egy úttal életre hívta az orvostudomány egy új ágát a nanomedicinát. A nanomedicina a hagyományos gyógyászat mellett új perspektívát hozott mind a megelőzés, mind a terápia területén, nano-mérettartományú eszközök illetve gyógyszerekkel alkalmazása révén. E terület még nagyrészt kutatási fázisban tart, de már számos nanoméretű gyógyszer illetve diagnosztikai eszköz került kifejlesztésre, melyeket sikerrel alkalmaznak a gyógyászatban, és ezek segítséget nyújtanak a pontosabb diagnosztikához és az irányított gyógyszerterápiához is. A nanomedicinális kutatások középpontjában főleg a daganatos, a cardiovasculáris, a metabolikus, a mikrobiális, valamint a mentális betegségek állnak. 1 Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar, Miskolc 2 Nanomedicina Kutató és Oktató Központ Semmelweis Egyetem, Budapest 3 Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány, Miskolc

2 44 Juhászné Szalai Dojcsákné Kiss-Tóth Koska Kiss-Tóth Szebeni Fodor A gyógyszerhordozó rendszerek A kutatások egyik kulcsfontosságú területe a különböző, nanoméretű gyógyszerhordozó rendszerek (drug delivery system, DDS) kifejlesztése, melyek lehetővé tehetik az irányított terápiát, és csökkenthetik a gyógyszer által okozott szisztematikus mellékhatásokat. Mindezek mellett ezek a rendszerek lehetővé tehetik a személyre szabott terápiát és az alacsonyabb dózis alkalmazását is. A nanomérettartományú DDS rendszerek nagy előnyt jelentenek a célzott terápia megvalósításában, mivel ez tartomány gyakorlatilag a makromolekulák mérete, így könnyen bejutnak a sejtekbe, és ott adják le az általuk hordozott hatóanyagot. A hordozott gyógyszer célba juttatására különböző lehetőségek vannak. Az egyik módszer a passzív targetálás, melynek alapja az, hogy a tumoros szövetek érrendszere a gyors növekedés miatt megnövekedett permeabilitással rendelkezik, így a nanoanyagok könnyen átjutnak az érfalat alkotó sejtek kötött. A nyirokrendszer kiépülése viszont elmarad vagy kismértékű, így a DDS fel tud halmozódni az elrákosodott sejtek között, majd bejutva azokba a hatóanyag fel tud szabadulni, így pusztítva el a tumort [1]. A másik lehetséges módja a hatóanyag célba juttatásának az aktív targetálás. Az aktív targetálás célzó ligandok (különböző antitestek, folsav stb.) segítségével valósul meg. Ezek a célzó molekulák a DDS felszínére vannak kötve és segítségükkel a rendszer speciálisan azokhoz a sejtekhez kötődik, melyen ezekhez a ligandokhoz tartozó receptorok, antigének stb. fokozottan megtalálhatók [1]. Napjainban is több, különböző tulajdonságú rendszert vizsgálnak, melyek potenciálisan alkalmazatók, mint gyógyszerhordozók. Liposzómális rendszerek A liposzómák az egyik legtöbbet vizsgált gyógyszerhordozók. Szerkezetüket tekintve foszfolipid kettősrétegből spontán formálódó vezikulák, melyek belső ürege vagy membránja alkalmas a különböző molekulák szállítására. Felszínükre ráköthetők a különböző célzó ligandok, de ezek mellett még szükséges némi stabilizálás, melyet általában polietilénglikollal (PEG) érnek el. Bár biokompatibilis rendszerről van szó, ez a módszer egyúttal növeli a keringési időt, és csökkenti az esetleges immunválasz kialakulásának lehetőségét, mely elsősorban a komplement rendszer aktiválódását jelenti [2]. Mindezek mellett jelentős szerepe van a liposzómák felszíni töltésének is a rendszer működési hatékonyságában. A liposzómák között találhatók meg az első, gyógyászatban alkalmazott nanoméretű gyógyszerek, mint például a Doxorubicint tartalmazó Doxil, melyet emlő-, illetve ovarium tumor esetén sikerrel alkalmaznak [3,4]. A liposzómába csomagolás jelentette a hatékony megoldást a Doxorubicin használatára, mivel az önmagában jelentős kardiotoxikus mellékhatásokkal rendelkezik [5].

3 A jövő terápiája 45 A liposzómális rendszerek nem csak a rákterápiában használatosak, hanem egyéb kórképek esetén is, mint például a szisztémás gombafertőzések, melyeknél az amphotericin-b-t ágyazzák be a liposzóma membránjába (pl. AmBisome ) [6]. Dendrimerek A dendrimerek elágazó, vízoldékony polimerek, melyek alkalmasak lehetnek gyógyszerhordozásra. Méretük, és kialakításuk jól szabályozható az előállításuk során. Nagy felületük lehetővé teszi, hogy különböző molekulákat, mint a gyógyszer hatóanyagot és célzó ligandot, valamint fluoreszcens jel kibocsájtására képes vegyületeket is egyszerre megkössenek rajtuk [7]. A fluoreszcens festék segítségével a gyógyszer útja nyomon követhető a megfelelő képalkotó eljárást alkalmazva. Szintén adaptálható a rendszer biokompatibilitását növelő PEG-ilálás, valamint felszíni töltés változtatása a nagyobb hatékonyság érdekében. A Doxorubicin hordozására dendrimerekkel is történtek vizsgálatok, de ezek még kísérleti fázisban vannak [8]. A DDS ennek ellenére is toxikus hatásokat mutat in vitro vizsgálatokban [9]. A szén nanocsövek A szén nanocsövek egyedi grafén lapokból föltekeredő képletek, melyek állhatnak mindössze egyetlen lapból, így egyfalú szén nanocsövet létrehozva, illetve több párhuzamos lapból többfalú szén nanocsövet alkotva [10]. A csövek vége lehet nyitott illetve zárt is. Előállításukra többféle módszer létezik. Ezeknél az eljárásoknál gondot jelentenek a technológiához alkalmazott nehéz fémek, melyek beépülhetnek a szénvázba. Ma azonban már a továbbfejlesztett eljárásoknak köszönhetően lehetséges nagy mennyiségű és tisztaságú, különböző típusú szén nanocsövek előállítása (pl. chemical vapour deposition) ipari mennyiségben is, mivel felhasználásuk nagyon széleskörű. A fő problémát a szén nanocsövek, mint gyógyszerhordozó rendszerek tekintetében az jelentette, hogy tiszta állapotban egyáltalán nem oldódnak semmilyen oldószerben. Erre jelentett megoldást az, hogy a szén nanocsövek felületét különböző típusú kémiai módosításoknak vetették alá, mint például amino- vagy karboxil-funkciós csoportot kötöttek a külső falukhoz. Ez az eljárás úgynevezett funkcionalizált szén nanocsöveket eredményez, mely különböző töltéssel ruházza fel azok felszínét, és vízoldékonnyá is tette őket [11]. Emellett a biokompatibilitás növelésére itt is gyakran használják a PEG-ilálást [12], mely hatékonyabb alkalmazást tesz lehetővé. A fő terápiás terület a szén nanocsövek, mint DDS esetén szintén a rákterápia. Több kísérletben is vizsgálták például, hogy a különböző karbon nanocsövek hatékonyan tudják-e szállítani a Doxorubicint, fluoerscens festékkel nyomonkövetve a DDS útját. Heister és mtsai kimutatták, hogy az egyfalú szén nanocső, melynek falára Doxorubicint, targetáló antitestet és fluoresceint egyaránt kötöttek, bejutott a WiDr

4 46 Juhászné Szalai Dojcsákné Kiss-Tóth Koska Kiss-Tóth Szebeni Fodor béltumor sejtekbe, majd a citoplazmában maradt, míg a hatóanyag sikeresen bejutott a sejtmagba [13]. Hasonló vizsgálatok többfalú szén nanocsövek esetén is [14]. Különböző tanulmányok születtek a szén nanocső alapú DDS-ek más terápiás jellegű felhasználására. Vizsgáltak többek között különböző gyulladás gátló (pl. Dexamethasone [15], Ketoprofen [16]), vérnyomáscsökkentő (pl. Cavedilol [17]), illetve gomba ellenes szerek (pl. Amphotericin B[18]) hatékonyságát. A rendszer toxicitására vonatkozó eredmények elég ellentmondásosak, de a funkcionalizált szén nanocsöveket alkalmazva több különböző vizsgálatban enyhébb toxicus hatást tapasztaltak, mint a nem funkcionalizált formánál [19]. Mindezek ellenére felmerül a kérdés, mivel nem biodegradabilis anyagokról van szó, mi lesz a sorsuk, miután elvégezték a feladatukat. Az erre vonatkozó vizsgálatok még elég hiányosak. Összegzés A bemutatott gyógyszerhordozó rendszerek mellett is számos nanorendszer létezik, melyeket tesztelnek, több-kevesebb sikerrel, mint DDS. Ilyenek például a fullerének, a különböző polimerek, fehérjék, szervetlen vegyületek vagy akár a vírus alapú gyógyszerhordozók. A számos szerteágazó területről származó, nanoméretű potenciális gyógyszerhordozó rendszer közül, azonban még csekély a száma azoknak, amelyeket már a gyógyászatban is alkalmazzák. Ez a tény arra hívja fel a figyelmet, hogy a nanoanyagok jelentős bioaktívitást mutatnak az élő szervezetekben, mely alapvetően méretükből adódó speciális tulajdonságaiknak köszönhető. Általánosan elmondható, hogy a nanomérettartományú rendszerek esetén tapasztalnak különböző, a sejtek életfolyamatait befolyásoló negatív hatásokat, mely sok esetben a sejtek apoptózisához vezet, legtöbbször reaktív oxigén gyökök generálása révén. Remélhetőleg a nanomedicina és a nanotoxicológia együttesen megoldást talál majd ezekre a problémákra, és a közel jövőben minél több, hatékony, célzott terápiát biztosító nanokésztmény kerül majd alkalmazásra. Köszönetnyilvánítás Jelen munka a TÁMOP B-10/2/KONV jelű projekt részeként - az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében - az Európai Unió résztámogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

5 A jövő terápiája 47 Irodalomjegyzék [1] Hirsjärvi,Samuli, Passirani, Catherine,Benoit, Jean-Pierre: Passive and Active Tumour Targeting with Nanocarriers. Curr. Drug Disc. Techn., 2011, 8 (3), [2] S.M. Moghimi, J. Szebeni: Stealth liposomes and long circulating nanoparticles: critical issues in pharmacokinetics, opsonization and protein-binding properties. Progr. Lipid Res., 2003, 42, [3] Yechezkel Barenholz: Liposome application: problems and prospects. Curr. Opin. Coll. Interf. Sci., 2001, 6, [4] Szántó János dr., Pintér Tamás dr.1 és Szántó János dr.: Doxorubicin + docetaxel-, illetőleg doxorubicin + cyclophosphamid-kezeléssel elérhető eredmények távoli áttétet adó emlőrákban. Orvosi Hetilap 2001, 142 (14), [5] Weiss Raymond B: The anthracyclines: Will we ever find a better doxorubicin? Semin Oncol. 1992,19, [6] de Marie S, Janknegt R, Bakker-Woudenberg IA.: Clinical use of liposomal and lipidcomplexed amphotericin B. J Antimicrob Chemother May;33(5): [7] Majoros IJ, Myc A, Thomas T, és mtsai:. PAMAM dendrimer-based multifunctional conjugate for cancer therapy synthesis characterization and functionality. Biomacromol. 2006,7(2), [8] Kono K, Kojima C, Hayashi N, és mtsai.: Preparation and cytotoxic activity of poly(ethylene glycol)-modified poly(amidoamine) dendrimers bearing adriamycin. Biomaterial 2008;29(11): [9] Ruth Duncan, Lorella Izzo: Dendrimer biocompatibility and toxicity. Adv. Drug Deliv. Rev., 2005, 57, [10] Dai H:. Carbon nanotubes: synthesis, integration, and properties. Acc Chem Res 2002, 35, [11] Kostas Kostarelos, Lara Lacerda, Giorgia Pastorin, és mtsai: Cellular uptake of functionalized carbon nanotubes is independent of functional group and cell type. Nature Nanotech., 2007, 2, [12] Yuanfang Liu, Haifang Wang: Nanotechnology tackles tumours. Nature Nanotech., 2007, 2, [13] Heister E, Neves V, Tılmaciu C, és mtsai.. Triple functionalisation of single-walled carbon nanotubes with doxorubicin, a monoclonal antibody, and a fluorescent marker for targeted cancer therapy. Carbon, 2009,47(9), [14] Zhang X, Meng L, Lu Q, Fei Z, Dyson PJ. Targeted delivery and controlled release of doxorubicin to cancer cells using modified single wall carbon nanotubes. Biomaterial, 2009, 30(30), [15] Naficy S, Razal JM, Spinks GM, és mtsa.: Modulated release of dexamethasone from chitosan-carbon nanotube films. Sens Actuators A, 2009, 155(1), [16] Im JS, Bai BC, Lee YS.: The effect of carbon nanotubes on drug delivery in an electrosensitive transdermal drug delivery system. Biomaterial 2010, 31(6), [17] Li Y, Wang T, Wang J, és mtsai: Functional and unmodified MWNTs for delivery of the water-insoluble drug Carvedilol A drug-loading mechanism. Appl Surf Sci 2011, 257(13), [18] Zotchev SB.: Polyne macrolide antibiotics and their applications in human therapy. Curr Med Chem 2003, 10(3),

6 48 Juhászné Szalai Dojcsákné Kiss-Tóth Koska Kiss-Tóth Szebeni Fodor [19] Sayes CM, Liang F, Hudson JL, és mtsai: Functionalization density dependence of singlewalled carbon nanotubes cytotoxicity in vitro. Toxicol Lett., 2006, 161(2), [20] Liu Z, Davis C, Cai W, és mtsai: Circulation and long-term fate of functionalized, biocompatible singlewalled carbon nanotubes in mice probed by Raman spectroscopy. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105(5),