Nowatorski system dostarczania leku: czy nadchodzi rewolucja?
W badaniu kohortowym opublikowanym niedawno naukowcy przedstawili innowacyjny system dostarczania leku oparty na nanocząsteczkach chitosanowych powlekanych alginianem (ALG-RSV-CSNPs) do celowanej terapii wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Badanie obejmowało zarówno fazę optymalizacji formulacji nanocząsteczek, jak i ocenę ich skuteczności w modelu zwierzęcym.
Badanie przeprowadzono na dorosłych samcach szczurów Sprague-Dawley (250 ± 20 g), które podzielono na siedem grup eksperymentalnych (n=8 w każdej grupie). Grupa kontrolna nie otrzymywała żadnego leczenia, druga grupa otrzymywała nanocząsteczki z rosuwastatyną powlekane alginianem, trzecia grupa otrzymywała dekstran siarczanu sodu (DSS) indukujący zapalenie jelita oraz puste nanocząsteczki powlekane alginianem, czwarta grupa otrzymywała tylko DSS (grupa chorobowa bez leczenia), piąta grupa otrzymywała DSS i czystą rosuwastatynę (10 mg/kg/dzień doustnie), szósta grupa otrzymywała DSS i nanocząsteczki z rosuwastatyną bez powłoki alginianu, a siódma grupa otrzymywała DSS i nanocząsteczki z rosuwastatyną powlekane alginianem.
Wybór rosuwastatyny jako substancji czynnej był uzasadniony jej udokumentowanymi właściwościami przeciwzapalnymi, wykraczającymi poza działanie obniżające cholesterol. Wcześniejsze badania wykazały, że statyny mogą zmniejszać zapotrzebowanie na leki przeciwzapalne i częstość kolektomii u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Rosuwastatyna, jako silny inhibitor reduktazy 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-koenzymu A (HMG-CoA), wykazuje działanie hamujące na czynnik transkrypcyjny NFκB, czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α), IL-6 i kaspazę-3, a także redukuje stres oksydacyjny w modelach zwierzęcych.
Jak zoptymalizowano formulację nanocząsteczek?
Kluczowym elementem badania było opracowanie systemu dostarczania leku opartego na pH-zależnym mechanizmie uwalniania. Nanocząsteczki chitosanowe (CSNPs) zostały przygotowane metodą żelacji jonowej z wykorzystaniem trójpolifosforanu sodu (Na-TPP). Spośród pięciu różnych formulacji wybrano optymalną (F3) o najmniejszej średnicy cząstek (139,1 ± 1,01 nm), najniższym wskaźniku polidyspersyjności (0,312 ± 0,01) i najwyższej efektywności enkapsulacji (89,72% ± 1,15%). Następnie nanocząsteczki powlekano alginianem, który stanowił warstwę ochronną w kwaśnym środowisku żołądka, co potwierdzono w badaniach uwalniania leku in vitro.
Do optymalizacji procesu powlekania alginianem zastosowano pełny plan czynnikowy 2³, uwzględniający trzy zmienne: stężenie alginianu (3% i 4% w/v), czas mieszania (10 i 20 minut) oraz obecność lub brak Tween 80. Celem optymalizacji było osiągnięcie minimalnych wartości dla następujących parametrów: średnicy cząstek, procentowej utraty leku, uwalniania leku w symulowanym płynie żołądkowym po 2 godzinach (Q₂%) oraz uwalniania leku w symulowanym płynie jelitowym po 4 godzinach (Q₆%). Najlepszą formulacją okazała się Fr2, charakteryzująca się niską utratą leku (0,88% ± 0,09%), niskim uwalnianiem w środowisku żołądka (6,812% ± 1,06%) i kontrolowanym uwalnianiem w środowisku jelita cienkiego (25,41% ± 2,03%).
Badania morfologiczne przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) potwierdziły sferyczny kształt nanocząstek i obecność warstwy alginianu wokół CSNPs. Analiza spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) potwierdziła strukturę chemiczną i interakcje między składnikami formulacji.
- System oparty na nanocząsteczkach chitosanowych powlekanych alginianem (ALG-RSV-CSNPs)
- Optymalna formulacja (F3) charakteryzuje się:
– średnicą cząstek: 139,1 ± 1,01 nm
– wskaźnikiem polidyspersyjności: 0,312 ± 0,01
– efektywnością enkapsulacji: 89,72% ± 1,15% - Powłoka alginianowa zapewnia ochronę w środowisku żołądka
- System zapewnia kontrolowane uwalnianie leku w jelicie cienkim
Czy alginianowe nanocząsteczki zmniejszają stan zapalny?
Wyniki badania wykazały, że ALG-RSV-CSNPs skutecznie zmniejszały stan zapalny okrężnicy indukowany przez DSS. Analiza histopatologiczna wykazała znaczną poprawę architektury krypt jelitowych, zmniejszenie obrzęku oraz nacieku zapalnego w grupie otrzymującej ALG-RSV-CSNPs w porównaniu do grup otrzymujących czystą rosuwastatynę lub niepowlekane nanocząsteczki z rosuwastatyną. Efekt ten był związany ze znaczącym obniżeniem ekspresji czynnika transkrypcyjnego NFκB, kluczowego regulatora procesu zapalnego.
Badanie wykazało również, że ALG-RSV-CSNPs skutecznie modulowały szlak zapalny HMGB1/RAGE/TLR4-NFκB. Zaobserwowano znaczące zmniejszenie poziomów HMGB1 (High Mobility Group Box 1), ekspresji receptorów RAGE (Receptor for Advanced Glycation End Products) i TLR4 (Toll-like Receptor 4) oraz aktywności NFκB. Korelowało to ze zmniejszeniem poziomów cytokin prozapalnych TNF-α i IL-6 oraz aktywnej kaspazy-3, wskazując na silne działanie przeciwzapalne i antyapoptotyczne formulacji.
- Znaczące zmniejszenie stanu zapalnego okrężnicy poprzez modulację szlaku HMGB1/RAGE/TLR4-NFκB
- Redukcja poziomów cytokin prozapalnych (TNF-α i IL-6)
- Silne działanie antyoksydacyjne potwierdzone zmianami biomarkerów (MPO, MDA, SOD, GSH)
- Brak śmiertelności w grupie otrzymującej ALG-RSV-CSNPs w porównaniu do 25% śmiertelności w grupach kontrolnych
- Znacząca poprawa architektury krypt jelitowych i zmniejszenie nacieku zapalnego
Jakie biomarkery podkreślają działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne?
Dodatkowo, ALG-RSV-CSNPs wykazały znaczące działanie antyoksydacyjne, objawiające się zmniejszeniem aktywności mieloperoksydazy (MPO) i poziomu dialdehydu malonowego (MDA) oraz zwiększeniem aktywności dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i poziomu zredukowanego glutationu (GSH) w tkance okrężnicy. Efekty te były znacząco silniejsze w porównaniu do grup otrzymujących czystą rosuwastatynę lub niepowlekane nanocząsteczki.
Szczegółowa analiza korelacji wykazała silny związek między ekspresją receptorów RAGE i TLR4 a aktywnością NFκB, co potwierdza kluczową rolę tych receptorów w patogenezie zapalenia jelita. Wykres macierzy rozproszenia wykazał silne dodatnie zależności między RAGE, TLR4 i aktywnością NFκB we wszystkich grupach eksperymentalnych. Związek między TLR4 a NFκB był szczególnie silny (współczynnik korelacji: 0,94), sugerując, że TLR4 może odgrywać dominującą rolę w nasilaniu stanu zapalnego. ALG-RSV-CSNPs skutecznie przerywały tę kaskadę zapalną, co przekładało się na zmniejszenie wskaźnika aktywności choroby (DAI).
Analiza predykcyjna z wykorzystaniem modelu regresji lasu losowego wykazała, że HMGB1, RAGE, TLR4 i NFκB są kluczowymi determinantami ciężkości zapalenia jelita. Te markery wykazały najwyższe wskaźniki istotności cech (0,10-0,20) oraz umiarkowane dodatnie korelacje z DAI, potwierdzając ich znaczenie w patogenezie choroby.
Czy zaawansowana terapia zmienia kurs leczenia?
W badaniach śmiertelności zaobserwowano, że w grupach kontrolnej, ALG-RSV-CSNPs, DSS/RSV-CSNPs i DSS/ALG-RSV-CSNPs nie wystąpiły zgony, podczas gdy w grupach DSS/ALG-CSNPs i DSS odnotowano po dwa zgony (25% śmiertelności), a w grupie DSS/RSV jeden zgon (12,5% śmiertelności). Wyniki te podkreślają potencjalne działanie ochronne formulacji ALG-RSV-CSNPs.
Badanie to wskazuje na potencjał terapeutyczny powlekanych alginianem nanocząsteczek chitosanowych z rosuwastatyną w leczeniu wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. System ten zapewnia celowane dostarczanie leku do miejsca zapalenia w okrężnicy, minimalizując przedwczesne uwalnianie w górnych odcinkach przewodu pokarmowego. Mechanizm działania oparty na hamowaniu szlaku HMGB1/RAGE/TLR4-NFκB może stanowić obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu zapalnych chorób jelit.
Należy jednak podkreślić, że badanie przeprowadzono na modelu zwierzęcym, a skuteczność i bezpieczeństwo tego systemu dostarczania leku u ludzi wymaga dalszych badań klinicznych. Ponadto, nie zbadano potencjalnych interakcji z mikrobiotą jelitową, co może być istotnym czynnikiem wpływającym na skuteczność terapii u pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Przyszłe badania powinny również uwzględniać walidację wyników w różnych modelach zapalenia jelita, ocenę długoterminowej skuteczności oraz identyfikację precyzyjnych celów komórkowych, takich jak enterocyty czy rezydentne komórki immunologiczne.
Podsumowanie
Badanie przedstawia innowacyjny system dostarczania rosuwastatyny w nanocząsteczkach chitosanowych powlekanych alginianem (ALG-RSV-CSNPs) do leczenia wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Zoptymalizowana formulacja charakteryzowała się małą średnicą cząstek, niskim wskaźnikiem polidyspersyjności i wysoką efektywnością enkapsulacji. System wykazał skuteczne działanie przeciwzapalne poprzez modulację szlaku HMGB1/RAGE/TLR4-NFκB oraz redukcję cytokin prozapalnych. Zaobserwowano znaczące działanie antyoksydacyjne, potwierdzone zmianami w biomarkerach takich jak MPO, MDA, SOD i GSH. W grupach otrzymujących ALG-RSV-CSNPs nie odnotowano zgonów, w przeciwieństwie do grup kontrolnych. Wyniki wskazują na potencjał terapeutyczny tej formulacji, choć konieczne są dalsze badania kliniczne na ludziach.