Использование нанотехнологий в создании лекарственных средств. Нанопрепараты, возможности применения и методы анализа

 

 

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский Государственный Медицинский Университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

 

 

Кафедра фармацевтической химии

 

 

Курсовая работа

Использование нанотехнологий в создании лекарственных средств.

Нанопрепараты, возможности применения и методы  анализа

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка IV курса ФФ Гр.3002

Денисова Е.А.

Проверила: доцент, к. ф. н.

Ларькина М.С.

 

 

Томск – 2014

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………...…..3
2. Преимущества наносомальных лекарственных форм…………….….5
3. Наночастицы как лекарственная форма……………………………….6

    3.1 Липосомы…………………………………………………….………6

       3.1.1 Магнитные липосомы для управляемой доставки лекарств…7

       3.1.2 Липосомные наночастицы для вакцинации……………..……..8

       3.1.3 Протоклетки……………………………………………………...9

       3.1.4 Нанокапсулы…………………………………………………..…9

       3.1.5 Антибиотики, помещённые в нанокапсулы, эффективны в борьбе с микроорганизмами, устойчивыми к действию лекарств………………………………………………………………….…10

      3.1.6 Пористые нанокапсулы из гидрокcиапатита…………….......10

      3.1.7 Нанокапсулы для дистанционной магнитно-инициируемой доставки лекарств………………………………………………………....11

     3.1.8 ДНКсомы…………………………………………………..…….12

4. Наночастицы как лекарства……………………………………………..13

      4.1 Препараты в стадии разработок…………………………………..16

      4.2 Достижения Томских ученых……………………………………..19

5. Заключение…………………………………………………………….…22

6. Список литературы…………………………………………………..…..23

 

 

 

 

1 Введение

 

Начало XXI века время бурного развития нанотехнологий во многих областях промышленности, в том числе и фармацевтической. В настоящее время они успешно развиваются в различных направлениях, от создания суперкомпьютеров до воспроизводства новых «искусственных» форм жизни.

Сам термин «нанотехнология» впервые в научный обиход ввел в 1974 году японский ученый Норио Тонигучи. Эпохальный прорыв в развитии нанотехнологических исследований был сделан в 1982 году, когда Г. Бининг и Г. Рорер создали первый сканирующий туннельный микроскоп, ставший одним из основных инструментов нанотехнологов. В результате развития подобных аналитических методов и приборов с 80-х годов прошлого века в лабораториях мира проводятся исследования на наноуровне, основанные на манипуляции молекулами и атомами в химии, биологии, физике, стала развиваться молекулярная медицина, затем – геномика и протеомика.

Нанотехнология– фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами [5].

В настоящее время все медицинские приборы, материалы и лекарственные средства производятся из веществ, состоящих из миллиарда и более атомов. Качественным скачком, обеспечивающим точность и эффективность в их создании, является переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами и молекулами.

Наночастицы – это твердые коллоидные частицы, размер которых составляет от 10 до 1000 нм (1 мкм). Они состоят из макромолекулярных материалов и содержат активный ингредиент, который может быть растворен, инкапсулирован или сорбирован в наночастице или химически связан с ее основой.

Среди методов получения наночастиц можно выделить метод электроискровой эрозии, распыление, осаждение из газовой фазы, механическое размалывание, химические методы, стекловолоконную технологию и др. Важное место занимают плазменные методы получения нанокомпозитных материалов.

В ближайшее время предполагается создание нанолекарств, которые будут доставляться кровопотоком непосредственно к больному органу человека, что увеличит эффективность его использования и снизит побочные эффекты.

По оценке специалистов, основными сферами медицины и фармации, которые затронет нанотехнология, станут доставка лекарственных средств, создание искусственных тканей организма, диагностика и индикация препаратов[3], [5],[10].

         Целью моей курсовой работы является изучение спектра наночастиц, наиболее изученных и только появившихся в науке, и их использование для создания эффективных и безопасных лекарственных средств; изучение наноматериалов, непосредственно обладающих фармакологической активностью и нашедших широкое применение в медицине.

Задачи курсовой:

Изучить новые лекарственные средства

Проанализировать действие и побочные эффекты

 

 

 

 

 

 

2.Преимущества наносомальных лекарственных форм

 

Многообразие форм:

Важнейшим достоинством наносомальных лекарственных форм является их универсальность - они пригодны практически для любых методов введения.

Возможность оптимизации неблагоприятных фармакологических/физико - химических параметров вещества, поэтому создание наносомальных форм наиболее перспективно для препаратов, отличающихся недостаточной селективностью действия, высокой неспецифической токсичностью, неблагоприятным биораспределением, низкой растворимостью или нестабильностью.

Гибкость:

Владение разнообразными методами получения наночастиц, а также использование целого спектра фармацевтических полимеров и вспомогательных веществ позволяют разрабатывать наносомальные формы для лекарственных веществ с различными физико-химическими свойствами, в том числе и для труднорастворимых субстанций.

Практическая ценность:

- для разработки наносомальных форм применяются исключительно фармацевтические ингредиенты,

- процессы получения наночастиц легко масштабируются,

- наносомальные формы пригодны для лиофилизации и устойчивы при хранении[3],[11].

 

 

 

 

 

 

3.Наночастицы

 

3.1 Липосомы

Фармакология уже имеет в своем арсенале наночастицы, которые содержат лекарственные средства и могут доставлять их в клетки.

Эти частицы представляют собой липосомы - сферические двухслойные мембраны, содержащие внутри лекарственные вещества. История липосом начинается с 60-х годов ХХ века, когда английский ученый Алек Бэнгхем вместе с коллегами, проводя исследования поведения фосфолипидов в водных средах, на электронных микрофотографиях увидел слоистые частицы, похожие на мембранные структуры клетки. Дальнейшие исследования показали, что неорганические ионы, присутствующие в растворе, включаются внутрь этих частиц и удерживаются там длительное время. Так впервые было установлено, что фосфолипиды, являющиеся основными компонентами клеточных мембран, способны самопроизвольно образовывать в воде замкнутые мембранные оболочки, которые захватывают часть окружающего водного раствора, а образующая их фосфолипидная мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера.

Фармакотерапевтические преимущества липосом обусловлены рядом факторов, среди которых природная биосовместимость материала липосом, избирательность депонирования относительно клеток, находящихся в состоянии гипоксии, возможность регулировать липидный состав липосом и, тем самым изменять, их фармакокинетику и фармакодинамику.

Меняя липидный состав липосом можно направленно изменять их фармакологические эффекты.

Несколько препаратов на основе липосом уже производятся: «Липодокс» (липосомный доксорубицин), «Липин» (противогипоксический), «Лиаолив» (гепатопротекторный). Клинические испытания проходят два противоопухолевых препарата: «Цисплатин» и «Фторурацил». Начинаются клинические испытания еще трех препаратов: «Антилипошок» (антигеморрагический), «Баларпан» (ранозаживляющий) и «Хлорофилипт» (противовоспалительный). Биологические испытания проходят «Аминофосфатид» (против гемолитической болезни новорожденных), «Бетусом» (антимеланомный), «Фотосом» (противоопухолевый), «Рифамицин» и «Изоцианид» (противотуберкулезные)[4].

1.   Магнитные липосомы для управляемой доставки лекарств

Высвобождение препарата происходит при разрушении липосом, например, под действием температуры, которая обычно близка к температуре тела. Такой подход не очень удобен, т.к. липосомы начинают разрушаться сразу после введения в организм, не дойдя до желаемого места, поэтому ученые стараются придумать различные ухищрения, чтобы иметь возможность инициировать высвобождение груза по требованию. Например, можно внедрить в липосомы плазмонные наночастицы золота, которые будут нагреваться под действием света и приводить к разрушению липосом, однако в этом случае естественным ограничением является прозрачность тканей. Более интересным способом является внедрение в липосомы суперпарамагнитных наночастиц оксида железа, которые способны нагреваться под действием переменного магнитного поля, но такие липосомы, как правило, склонны к агрегации и оказываются нестабильны в коллоидном состоянии.

Способность липосом высвобождать груз была испытана на флуоресцентном красителе флуорексоне. Ученые определили, что липосомы с суперпарамагнитными наночастицами в мембране работают существенно эффективнее тех, которые содержат их внутри полости. Таким образом, выделение доставляемого вещества можно не только управляемо включать, но и выключать, т.е. контролировать дозу и продолжительность терапии

            3.1.2 Липосомные наночастицы для вакцинации

Инженеры разработали новый тип наночастиц, которые могли бы эффективно и безопасно доставлять вакцины.

Частицы состоят из концентрических сфер, которые могут нести синтетические версии белков, производимых вирусами. Тем самым они вызывают сильный иммунный ответ, сопоставимый с ответом на вакцины на основе живых вирусов, но при этом они гораздо безопаснее. Принцип действия вакцин основан на воздействии инфекционным агентом, который «приучает» иммунную систему быстро реагировать на будущие атаки этого патогена. Во многих случаях (например, при полиомиелите и оспе) используются мёртвые или повреждённые формы вирусов. В других препаратах (к примеру, от дифтерии) применяются синтетические версии белка или других веществ, производимых патогеном.

          В случае заболеваний, при которых возбудитель остаётся внутри клеток (например, ВИЧ), нужен мощный ответ от Т-лимфоцитов. Наилучший способ спровоцировать эти клетки заключается в использовании мёртвых или недееспособных вирусов, но ВИЧ чрезвычайно трудно сделать безвредным. Чтобы обойти опасности использования живых вирусов, учёные работают над созданием синтетических вакцин против ВИЧ-вакцин и других вирусных инфекций (того же гепатита B). Одно плохо: эти препараты не провоцируют должную Т-лимфоцитную реакцию. В последнее время специалисты пытались «обернуть» вакцины липосомами -- то есть создать имитацию вируса, однако липосомы не обладают стабильностью при попадании в кровь.

Ученые решил помещать вакцину не в капли, а концентрические сферы липосом. Как только они сливаются вместе, их стенки химическим образом «сшиваются» друг с другом, что делает структуру более стабильной. И наоборот: когда наночастицы поглощаются клетками, они быстро растворяются, выпуская вакцину и провоцируя Т-лимфоциты.

2. Протоклетки

Объединив нанотехнологические методы с результатами медицинских исследований, ученые Национальной лаборатории и лечебного онкологического центра разработали эффективную стратегию использования наночастиц для уничтожения раковых клеток.

Наночастицы и окружающие их образованные из липосом мембраны, практически аналогичные клеточным, вместе составляют комбинацию, которую можно рассматривать как «протоклетку»: мембрана «запечатывает» смертоносный груз и модифицируется молекулами (пептидами), специфически связывающимися с рецепторами, сверхэкспрессирующимися на поверхности раковых клеток. Наночастицы обеспечивают стабильность мембраны и содержат терапевтический (или диагностический, например, квантовые точки) груз, высвобождая его внутри клетки.[4]

3. Нанокапсулы

Нанокапсула представляет собой сферическую полую частицу, состоящую из полимеров или фосфолипидов (в этом случае она называется липосомой или наносомой), внутри которой находится низкомолекулярное вещество. Оболочка нанокапсул может быть изготовлена также из других материалов, например, гидроксиапатита или силиката кальция., а также определенным образом организованных молекул ДНК. Нанокапсулы должны быть химически стабильны, биоактивны, биосовместимы с организмом, защищать капсулированное вещество от нежелательного воздействия, например, растворения в жидкостях. Размеры нанокапсул обычно не выходят за пределы 100 нм, а микрокапсул - 600 нм. Нанокапсулы обладают высокой проникающей способностью и могут проходить даже в такие «закрытые» зоны организма, как головной мозг. Малый размер делает их невидимыми для клеток иммунной системы, что позволяет нанокапсулам длительное время циркулировать в кровотоке.

Нанокапсулы применяют для контролируемого введения инкапсулированных биологически активных веществ: лекарственных препаратов (в том числе нерастворимых в воде или нестабильных), пептидов и белков (имеющих функции гормонов и цитокинов), а также генетических конструкций, несущих гены ферментов, гормонов и цитокинов. Диапазон капсулированных веществ широк - от средств противоопухолевой терапии и морфогенетических белков костной ткани до средств косметологии. Для целевой доставки поверхность нанокапсул может быть модифицирована специфическими антигенами, рецепторами или лигандами. Мембрана липосом состоит из природных фосфолипидов, что определяет ее способность при определенных условиях поглощаться клетками. Мембрана липосом может сливаться с клеточной мембраной, что приводит к внутриклеточной доставке их содержимого. Перспективными также представляются подходы доставки нанокапсул внутри эритроцитов или бактерий.