Брой 9/2013
Доц. д-р М. Димитров, проф. д-р В. Петкова,
Доц. д-р И. Николова, ас. д-р М. Славкова, ас. д-р Х. Войчева
Катедра “Фармакология, фармакотерапия и токсикология”,
Фармацевтичен факултет, МУ – София
Въведение
Окото е един от най-сложните и деликатни органи на човешкото тяло, което е предпоставка за появата и развитието на много различни по характер и тежест заболявания. Лекарствените форми за очи са стерилни течни, полутвърди или твърди лекарствени форми, предназначени за прилагане върху очната ябълка и/или конюнктивата, или за въвеждане в конюнктивалния сак. Съществуват много лекарстводоставящи системи за лечение на очни заболявания, но повечето от тях притежават редица ограничения. Основни проблеми при конвенционалните очни лекарствени форми са краткото време за контакт на лекарството с окото, поради неговата специфична анатомия и физиология и съществуващи множество защитни механизми, както и ниската бионаличност на прилаганите лекарствени вещества. Абсорбцията и елиминирането на терапевтичните агенти зависи от физикохимичните, микробиологични и фармацевтични свойства на дозираната форма. Проблемите свързани с приложението на конвенционални лекарствени форми за приложение в очите, могат да бъдат успешно решени с разработването на нови лекарстводоставящи системи, които подобряват бионаличността, времето за контакт с окото и времето на престой, като намаляват честотата на дозиране и дискомфорта на пациента и подобряват качеството на живот и неговото съгласие да следва назначената терапия.
Развитие на лекарстводоставящите системи за очно приложение
Капките за очи са използвани за лечение на очни заболявания още от дълбока древност. Например, Belladonna (т.е. атропин) е бил използван като мидриатично средство в древен Египет. За съжаление, капките за очи трябва да се прилагат често, т.е. тяхната бионаличност е много ниска (по-малко от 5% от приложената доза се абсорбира) и не могат да бъдат прилагани за лечение на заболявания на задния очен сегмент. Това е причината за разработване и навлизане в практиката на лекарствени форми за очно приложение с удължено, контролирано и прицелно освобождаване. Първите полимерни очни пластинки, които освобождават терапевтичен агент за един продължителен период от време, са били използвани още в края на 1800-та година, в Англия. Тези желатинови пластинки освобождавали кокаин, с цел локална очна анестезия. Разтворими очни пластинки (SODI) са били въведени в практиката през 1960 г., в Съветския съюз. Те са съдържали лекарствени вещества, като пилокарпин и различни мидриатици. Матрицата е на основата на акрилатен съполимер и се разтваря няколко часа след приложението и в конюнктивалния сак. Ocusert® (Alza, САЩ), освобождаваща пилокарпин, е пусната на пазара в САЩ и Западна Европа, в началото на 1970 г. Тази иновативна за времето си система, освобождава лекарството в продължение на една седмица, с постоянна скорост от 40 mg/h , контролирано от етилен винил ацетатна (EVA) мембрана. По-късно е въведена в практиката и друга система, Lacrisert® (Merck and Co. Inc, САЩ) за лечение на синдрома на сухото око. Тези системи не успяват да добият голяма популярност сред пациентите (особено по-възрастните пациенти), т.е. имат затруднения при прилагането им, а понякога очните пластинки дори изпадат от конюнктивалния сак по време на сън. Това довежда до разработването на лекарстводоставяща система в течно състояние за доставка на тимолол, формиращ гел, след прилагането и като капки за очи. Разработен е и друг продукт освобождаващ бетаксолол в слъзната течност, от повърхността на микросфери, посредством йонообмен. Тези подходи водят до забавяне на освобождаването на терапевтичните агенти и удължават тяхното действие. Лекарствени вещества включени в хидрофилни контактни лещи и липозоми за локално приложение в окото са изследвани като лекарстводоставящи системи през 1970-те и 1980-те, но такива подходи водят само до ограничен успех. За съжаление, тъканите на задния очен сегмент не могат да бъдат третирани с такива локални лекарстводоставящи системи. Необходимостта от провеждане на адекватно лечение на задния очен сегмент съживява интереса към разработване на лекарстводоставящи системи с контролирано освобождаване за очно приложение. Vitrasert ® (Bausch & Lomb, САЩ), полимерен имплантат, съдържащ ганцикловир, за лечение на опортюнистичен вирусен ретинит при пациенти със СПИН е пуснат на пазара през 1990г. В наши дни, все повече изследователски разработки се насочват към създаване на лекарстводоставящи системи за лечение на свързана с възрастта макулна дегенерация и други заболявания на ретината. В таблица 1 са представени налични на пазара, актуални лекарстводоставящи системи за очно приложение.
Кратък преглед на класически и иновативни лекарстводоставящи системи за очи – предимства, недостатъци, перспективи за развитие
Капки за очи
Представляват течни лекарствени форми, широко прилагани под формата на разтвори, емулсии и суспензии. Обикновено капките за очи се използват само при нарушения на предния очен сегмент, т.к. при използване на такъв тип лекарствена форма много често не могат да се достигнат терапевтични концентрации на активния агент в задния очен сегмент. Важен недостатък на капките за очи се явява бързият дренаж на разтвора от повърхността на окото и ниската им бионаличност. Други важни свойства на капките за очи, като концентрация на водородните йони, осмотично налягане, вискозитет и прилаган обем, може да повлияе на продължителността на задържането на разтвора в окото. По-малко от 5% от дозата след локално приложение се абсорбира. Приложената доза достига системното кръвообращение чрез конюнктивата и назалните кръвоносни съдове.
Мази и гелове
Удължаване на времето на контакт на лекарствените вещества с външната очна повърхност може да бъде постигнато чрез включването им в очни мази, но основен недостатък на такава лекарствена форма се явява замъгляване на зрението, поради което, най-често се препоръчва да се прилага вечер преди лягане. Pilopine HS гел, съдържащ пилокарпин се използва за осигуряване на поддържащо освобождаване, за период от 24 часа.
Зол/гел системи
Нова концепция за получаване на гел, ин ситу, например, в cul-de-sac на окото е предложена за първи път в началото на 1980г. Широко прието е, че повишаването на вискозитета на лекарствената форма в прекорнеалната област води до по-висока бионаличност, поради по-бавния дренаж от роговицата. Предложени са няколко подхода за получаване на ин ситу гелни системи. Процесът на гелообразуване може да бъде предизвикан от промени в рН, температура или посредством йонно активиране. Разработена е зол/гел система с мукоадхезивни свойства за доставяне на стероида флуорометолон в окото.
Очни пластинки
Очните пластинки са предназначени да остават в окото за един по-продължителен период от време. Предназначени са да се поставят в конюнктивалния сак и да доставят лекарството със сравнително ниска скорост. Те са твърди дозирани форми и позволяват да се преодолеят недостатъците на традиционните лекарствени форми за приложение в окото, като водни разтвори, суспензии и мази. Очните пластинки поддържат ефективна концентрация на лекарството в прицелните тъкани. Очните пластинки се предлагат в различни разновидности, в зависимост от техния състав и приложение.
Неерозиращи очни пластинки: Окусерт, контактни лещи
Окусерт се описват като еднодозни, стерилни, тънки и многослойни, импрегнирани с лекарствено вещество, твърди или полутвърди лекарствени форми, чиито размер и форма са специално създадени за приложение в окото. За очните пластинки е задължително наличието на полимерен носител, който може да съдържа или да не съдържа лекарствено вещество. Лекарственото вещество може да бъде омрежено, диспергирано или включено като разтвор в полимерния носител, което удължава престоя му в окото и позволява разработването на лекарствени форми с удъжено освобождаване. Освобождаването на лекарството от очните пластинки може да стане посредством дифузия, осмоза или биоерозия.
Контактни лещи
Контактните лещи могат да абсорбират водоразтворими лекарства, когато са „накиснати“ в техни наситени разтвори. След поставянето на контактните лещи в окото, те могат да освобождават включения терапевтичен агент за продължителен период от време. Така, хидрофилните контактни лещи могат да се използват за удължаване на времето на контакт на лекарствените вещества с окото. Различни видове полимери, са били използвани за получаване на подобни лещи. Те представляват хидрогелове, които са в състояние да поглъщат определени количества воден лекарствен разтвор, и поради тези си свойства могат да се използват като лекарстводоставящи системи за очно приложение.
Ерозиращи очни пластинки: Лакрисерт, разтворими очни пластинки-SODI, и Минидиск.
Лакрисерт
Представлява стерилно устройство с пръчковидна форма, на базата на хидрокси пропил целулоза, без консерванти и се използва за лечение на синдрома на сухото око. Пуснато е на пазара от Merck, Sharp и Dohme през 1981г. и тежи 5 мг, с размери 12.7 mm диаметър и дължина 3.5 мм.
Разтворими очни пластинки (SODI)
SODI е малка овална пластинка разработен за космонавти, които не биха могли да използват капки за очи в безтегловност. Представлява стерилен тънък филм с овална форма, на базата на акриламид, N-винилпиролидон и етилакрилат. След въвеждането в конюнктивалния сак се омокря от слъзния филм, омеква, и за 10-15 секунди придобива конфигурацията на очната ябълка. В следващите 10-15 мин филма се превръща във вискозна полимерна маса, която в рамките на още 30-60 минути се трансформира в полимерен разтвор.
Минидиск
Минидискът се състои от профилен диск с изпъкнала предна и вдлъбната задна повърхност, за да е комплиментарен с очната ябълка. Може да се разглежда и като миниатюрна контактна леща с диаметър 4-5 mm. Минидискът е на базата на силиконова основа от преполимер-AY-бис (4-метакрилокси) бутил полидиметил силоксан. Той може да бъде хидрофилен или хидрофобен, за да позволи удължено освобождаване, както на водоразтворими така и на водонеразтворими лекарствени вещества.
Липозоми
Липозомите са биосъвместими и биоразградими липидни везикули, съставени от естествени липиди, с диаметър от 25 до 1000 nm. Те имат непосредствен контакт с повърхността на роговицата и конюнктивата, което е преимуществено за лекарствени вещества, които се абсорбират слабо, притежават малък разпределителен коефициент, слаба разтворимост или при лекарствени вещества със средна до висока молекулна маса и по този начин увеличават възможността за очната им абсорбция. Потенциалните преимущества, които могат да се постигнат с липозомите са контрол на скоростта и степента на освобождаване на терапевтичните агенти и протекция от метаболитните ензими, върху повърхността на слъзния корнеален епител. Биоразградимостта и липсата на токсичност провокира интерес към използването на липозоми, като лекарствени носители за очно приложение. Много изследвания през последните години се концентрират върху методите за повишаване на прекорнеалната ретенция на везикулите, като липозомите са били суспендирани в различни полимерни разтвори. Натрупване на лекарството в роговицата може да се осъществи посредством ендоцитоза на липозомите. За да се подобри задържането на липозомите върху повърхността на роговицата/конюнктивата се предлагат дисперсии на липозомите в мукоадхезивни гелове или обвиване на липозомите с мукоадхезивни полимери. Някои от по-често използваните мукоадхезивни полимери за приготвяне на форми за очно приложение са полиакрилова киселина (ПАК), хиалуронова киселина, хитозан, полоксам. Основните недостатъци на липозомите, които създават ограничения при прилагането им са тяхната нестабилност, потенциална възможност за окислително разграждане на фосфолипидите, високата им цена и чистотата на природните фосфолипиди.
Ниозоми
Ниозомите са везикули на нейоногенни повърхностно активни вещества (ПАВ), които имат потенциално приложение в доставката на хидрофобни или амфифилни лекарствени вещества за очно приложение. Ниозомите са били разработени, за да се избегнат основните недостатъци на липозомите. Ниозомите са химически стабилни, в сравнение с липозомите и могат да бъдат натоварени, както с хидрофобни, така и с хидрофилни лекарствени вещества. Те не са токсични и не изискват специални техники на обработка. Било е постигнато 2.49 пъти повишаване на очната бионаличност на тимолол малеат включен в ниозоми, в сравнение с бионаличността на разтвор на тимолол малеат.
Фармакозоми
Фармакозомите са амфифилна липидна везикуларна система притежаваща фосфолипидни комплекси за подобряване бионаличността на малко водоразтворими, както и малко липидоразтворими лекарства. Те показват по-голяма стабилност при съхранение, добре контролиран профил на освобождаване и представляват колоидна дисперсия на лекарствени вещества свързани ковалентно, електростатично или чрез водородни връзки към фосфолипид. В зависимост от химичната структура, фармакозомите могат да съществуват като ултрамицеларни или хексагонални агрегати.
Контролирано лекарствено освобождаване
Имплантати
Очните имплантати притежават множество предимства в сравнение с традиционните методи за прилагане на лекарства в окото, включително осигуряване на постоянни терапевтични нива на лекарственото вещество директно в мястото на действие и заобикаляне на кръвно-мозъчната бариера. Профилът на освобождаване е обикновено доста под токсичните нива и поради това по-високи концентрации на лекарственото вещество, могат да бъдат постигнати без поява и развитие на странични системни ефекти. За хронични очни заболявания като цитомегаловирус (ЦМВ) ретинит, имплантантите се явяват една ефективна лекарстводоставяща система. В миналото, те не са били изработвани от биоразграждащи се полимери и са били необходими хирургични процедури за поставянето и изваждането им. В днешно време се използват биоразградими полимери, напр. полимлечна киселина (ПМК), която е безопасна и ефективна за приготвяне на лекарствени системи за доставка на лекарствени молекули в стъкловидното тяло и не проявява токсични ефекти. Обикновено, субконюнктивално имплантиране се използва при заболявания на предния очен сегмент, докато интравитреални и супрахороидални методи се използват при заболявания на задния очен сегмент.
Йонофореза
Йонофорезата е актуална концепция за доставка на лекарствени вещества за очно приложение, при която се използват заредени молекули на лекарствени вещества. Тя е безопасен, бърз и лесно осъществим подход. Голямо предимство е, че позволява да се поддържа локално висока концентрация на лекарственото вещество в прицелните тъкани. Йонофорезата позволява проникване в дълбочина на локално приложени, натоварени с лекарствено вещество наночастици и подобрява пренасянето им в предния и заден очен сегмент, посредством използването на слаб електричен ток.
Дендримери
Дендримерите се използват успешно при различните пътища на прилагане на лекарствени вещества и притежават по-добра разтворимост във вода, бионаличност и биосъвместимост. Те са сферични силно разклонени макромолекули с точно определен размер, централна празнина и много свободни повърхностни групи. На повърхността им са разположени хиляди молекулярни „кукички“, към които могат да се прикачат молекулите на различни лекарствени вещества. При очно приложение, времето за престой е по-дълъг при разтвори съдържащи дендримери с повърхностни карбоксилни и хидроксилни групи.
Циклодекстрини
Циклодекстрините (ЦД) са циклични олигозахариди, способни да образуват комплекси с много молекули гости. ЦД комплекси се използват за подобряване на корнеалната пермеация на лекарства, като дексаметазон, дексаметазон ацетат, циклоспорин и пилокаприн водещо до по-висока бионаличност, в сравнение с конвенционалните капки за очи. Комплексите на ЦД не нарушават биологичните мембрани, за разлика от конвенционалния пенетратор бензалкониев хлорид. Поради включването на лекарството в комплекси, свободно лекарство не е налично, което пък дава възможност за прицелна доставка на лекарствени вещества с дразнещо действие. ЦД молекулите са инертни по природа и не е установено, да притежават дразнещо действие върху човешкото око.
Мукоадхезивни лекарствени форми
Всеки полимерен разтвор/суспензия поставен в окото, първо взаимодейства с муцина на роговицата и конюнктивалната повърхност. Ако полимерът се прилепи към муцина, взаимодействието се нарича мукоадхезия. Все още обаче, съществуват множество предизвикателства пред мукоадхезивните дозирани форми за очно приложение. Този подход разчита на носители, съдържащи полимери, които ще се свързват чрез нековалентни връзки с конюнктивалния муцин. Мукоадхезивните полимери са обикновено макромолекулни хидроколоиди с няколко хидрофилни функционални групи, като например карбокси-, хидрокси-, амид-, сулфатни-, способни да осъществят електростатични взаимодействия. Биоадхезивните лекарствени форми показват по-висока бионаличността на лекарствените вещества, в сравнение с конвенционалните лекарствени форми. Оценено е влиянието на полиакриловата киселина като биоадхезивен полимер за очната бионаличност на тимолол. Тя е била използвана и за повишаване на очната бионаличност на прогестерон.
Иновационни лекарствоосвобождаващи системи за очно приложение
Генна терапия
Генната терапия се основава на стратегии за доставка на гени, което се осъществява с помощта на ген-доставящи носители, познати като вектори. Тези вектори капсулират терапевтичните гени, за да ги доставят в съответните клетки. Много методи за доставяне на гени са предмет на изследвания. Тези изследвания включват проучвания както на вирусни, така и на не-вирусни вектори. Окото е една от най-подходящите цели за генна терапия. То е лесно достъпно и позволява локално прилагане на терапевтични средства, с минимален риск от системни ефекти.
Клетъчно капсулиране
Имобилизирането на имунологично изолирани клетки в полимерни полу-пропускливи мембрани или микрокапсули, преди тяхното приложение в окото се нарича клетъчно енкапсулиране (КЕ). То позволява контролирана, продължителна и дългосрочна доставка на терапевтични протеини директно към задния очен сегмент. Полимерен имплантант, съдържащ генетично модифицирани клетки от човешки ретинален пигментен епител (РПЕ) секретира ресничест невротрофичен фактор в стъкловидното тяло на окото. КЕ може потенциално да служи като преносно-доставяща система при хронични заболявания, напр. за очна невропротекция при глаукома, анти-ангиогенеза при хороидална неоваскуларизация, анти-възпалителни фактори при увеит и др.
Терапия със стволови клетки
Биологията на стволовите клетки е бързо развиваща се област, която предлага обещание за клетъчно-базирани средства за лечение на широк спектър от устойчиви заболявания, които не подлежат на други форми на лечение. По дефиниция, стволовите клетки са клетки, с капацитет за неограничено или продължително самообновяване и могат да доведат до най-малко един вид диференцирани клетки, свързани с тъканта. В офталмологията, реконструкция на очната повърхност при пациенти, е станало възможно с появата на техники за ин виво експанзия и трансплантация на епителни стволови клетки върху корнеята. Друго предизвикателство при очните заболявания е лечение на необратима загуба на фоторецепторите в ретината. Възстановяването на такава увреда чрез клетъчна трансплантация е един от най-осъществимите видове реконструкция.
Протеинна и пептидна терапия
Скорошното развитие на науката и техниката предостави инструменти и възможност за разширяване на обхвата на пептид и протеин-базирани лекарства, в опит за борба с трудно контролирани заболявания и повишаване качеството на живот на пациентите. В момента е налице бърз напредък в молекулярната биология и биотехнологично производство, но иновациите при формулирането и разработването на пептид и протени доставящи лекарствени системи започнаха да навлизат едва наскоро. Това може да се дължи главно на липсата на познания за въздействието на начина на приложение и как физикохимичните и химични свойства на пептиди и протеини повлияват абсорбцията и ин-виво ефикасността. Приложението в очите не е предпочитаният начин за системно доставяне на такива големи молекули. Имуноглобулин G е ефективно доставен в ретината чрез транс-склерален път, с незначителна системна абсорбция. В процес на изследване са нови подходи, за да се открият възможните решения, като например използването на йонофореза и други техники, напр. микроигли за очно приложение, на такива лекарствени форми.
siRNA терапия
По-нов подход за прицелна иРНК е използването на малки интерфериращи РНК или siRNA. В действителност, е доказано, че въвеждането на дълго двойно-верижна РНК (dsRNA) в различни източници може да доведе до пост транскрипционно потискане на всички хомоложни гени на гостоприемника и/или трансгени. РНК интерференцията е антисенс механизъм на действие, като в крайна сметка една РНК молекула се свързва с прицелната молекула РНК и активира рибонуклеаза, която разгражда прицелната РНК. Този механизъм прави възможно използването на малки двойноверижни siRNA в терапията вместо ODNs. Наскоро беше доказано, че малки двойно-верижни РНК(s) (siRNAs) могат да бъдат много ефикасно средство за инхибиране на генната експресия в клетки на бозайници. Технологията на РНК интерференция (RNAi) предлага перспективи за избирателно потискане на генната експресия. Един от най-важните фактори, които ограничават експерименталното и терапевтично приложение на RNAi ин виво е възможността да се доставят интактни siRNA ефективно. Въпреки че RNAi технологията е успешно доказана за клетъчни линии и първични култури, ин виво доставката на siRNA в тъканите на бозайници, представлява все още значително предизвикателство.
Олигонуклеотидна терапия
Има много заболявания на ретината, при които конвенционалното лечение няма успех и при които олигонуклеотидите показват обещаващи възможности. Анти-иРНК стратегията, по-специално използването на антисенс олигонуклеотиди е много успешна през последните десет години, като много съединения, сега са в напреднал етап на клинично изпитване и един лекарствен продукт, Vitravene®, предназначен за лечение на интраокуларни инфекции причинени от ЦМВ (цитомегаловирусен ретинит) е на пазара. Антисенс олигонуклеотидите са синтетични молекули, които се свързват към специфични интрацелуларни иРНК вериги. Те се състоят от къси секвенции, състоящи се от 13 до около 25 нуклеотида, които са комплементарни на иРНК. Чрез свързване към иРНК молекули, антисенс олигонуклеотиди спират транслацията на иРНК, и следователно протеиновия синтез, експресиран от целевия ген. Сред различните познати механизми, един често описан е т.нар транслационен арест. При този механизъм, иРНК се свързва с AS-ODNs, по правилото на Уотсън-Крик за комплементарност, образувайки хибридна двойна спирала и блокира стерично транслацията на този транскрипт в протеин.
Обобщение
Една идеална лекарстводоставяща система за очно приложение трябва да бъде в състояние да постигне минимална ефективна лекарствена концентрация в целевата тъкан на окото, за продължителен период от време, да осигури редуциране на системната експозиция и осигури удобство при прилагане. Конвенционалните лекарствени форми за приложение в окото притежават някои недостатъци, по-важните от които са краткото време за контакт с окото, поради неговата специфична анатомия и физиология и съществуващите защитни механизми и ниска бионаличност на прилаганите лекарствени вещества. Някои лекарстводоставящи системи за очно приложение са сравнително лесни за производство, но ограничени в способността си да осигурят продължително и контролирано освобождаване на лекарствените вещества за един продължителен период от време. Други подходи са обещаващи по отношение на удължено и контролирано освобождаване на терапевтичните агенти, но са трудни за производство, употреба и осигуряване на стабилност в срока на годност. Иновационните лекарстводоставящи системи за очно приложение предлагат подобрени възможности и ефективност за лечението на доскоро „нелечими“ заболявания на очите. Перспективите в развитието на иновативните лекарстводоставящи системи за очно приложение са фокусирани в областта на генната терапия, клетъчното капсулиране, терапията със стволови клетки, както и протеинната, пептидна, олигонуклеотидна, рибозомна терапия и др.
Литература
1. Eva M. del Amo and Arto Urtti. Current and future ophatlmic drug delivery systems. A shift to the posterior segment. Drug Discovery Today 2008;13 (3/4):135-14
2. Noriyuki Kuno and Shinobu Fujii. Recent Advances in Ocular Drug Delivery Systems. Polymers 2011; 3: 193-221
3. Rituraj Shivhare, Ashish Pathak , Nikhil Shrivastava, Chandraveer Singh,Gourav Tiwari1, Rajkumar Goyal. An update review of novel advanced ocular drug delivery system.World J.Pharm. and Pharm. Sci.2013;1 (2):545-568
4. Y. Ali, K. Lehmussaari. Industrial perspective in ocular dru delivery. Advanced Drug Delivery Reviews 2006;58 :1258-1268
