Zastosowanie mikrokapsułkowania w nowoczesnych terapeutykach07.04.2009

autor: Anna Karkocha
słowa kluczowe: leki, mikrokapsułkowanie

leki, kapsułki, kapsułkowanie

Biologicznie aktywne związki niskocząsteczkowe oraz białka nastręczają wiele problemów w związku ze swą małą stabilnością. Niektóre nie mogą być dostarczane doustnie z powodu degradacji w kwaśnym środowisku żołądka. Duża masa białek ogranicza ich wchłanianie do krwi z jelita. Natomiast dożylne podanie często nie jest tolerowane przez pacjentów [1]. Te trudności udaje się przezwyciężyć stosując systemy aplikacji leków mikrokapsułkowanych, co stabilizuje i przedłuża znacznie ich działanie terapeutyczne w organizmie.
Technika ta znalazła zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, począwszy od chemicznego i farmaceutycznego, po elektronikę i przemysł spożywczy. Polega na wytwarzaniu wieloskładnikowych cząstek o rozmiarach 0,2 - 5000 µm poprzez otaczanie związków aktywnych ściankami uformowanymi z jednej lub kilku substancji okrywających [2].
Najważniejszą właściwością mikrokapsułek jest ich niewielki wymiar umożliwiający zbudowanie ogromnej powierzchni roboczej. Główne ich zastosowanie to kontrolowane uwalnianie substancji leczniczych w określonym miejscu i czasie (DDS- ang. drug delivery system) [1]. Na parametry uwalniania leków wpływa rozmiar i stopień upakowania kapsułki, masa molekularna, struktura ściany oraz rozmiar i kształt matriks. W ten sposób można kontrolować szybkość i stopień przenikania związków z wnętrza kapsułki.
Jako materiał ścianki używa się m. in. kopolimery acetylowinylowe, hydrożele syntetycznych polimerów takich jak poli(hydroksyetylo-metakrylamid). Rekombinowane białka, używane jako terapeutyki, mogą także być uwięzione w matriks alginianowej, a następnie otaczane membranami z kwasami poliglikolowymi [3].
Pierwszym DDS zaaprobowanym przez Food and Drug Administration (FDA) był system Lupron Depot® wykorzystujący polilaktozowo-glikolowe mikrosfery jako nośniki prolidazy (stosowanej w leczeniu nowotworów). Prolidaza jest krytycznym enzymem w szlaku katabolizmu wielu białek. Jej niedobór wywołuje trudno gojące się owrzodzenie skóry. Terapia polega na dostarczaniu aktywnej formy enzymu otoczkowanego kwasem α-D-laktozoglikolowym (PLGA). Prolidaza dostarczona w takiej formie wykazuje dużą stabilność i aktywność nawet przez dwa miesiące po iniekcji do organizmu.
Podobne rozwiązania stosuje się także dla leków antywirusowych [4]. Mikrokapsułki zawierają m.in. Indinavir (właściwy lek przeciwwirusowy), lizozym oraz niewielkie ilości mocznika. System ten można zaadaptować także do przenoszenia zrekombinowanych białek, np. wirusowego HEPO stosowanego w nowoczesnych lekach przeciw AIDS.
Mikrokapsułki PLGA można także zastosować w leczeniu cukrzycy typu 2. W tym celu konstruuje się kapsułki zbudowane z tego związku w kompleksie z jonami cynku. Metal dostarczany z roztworu soli tworzy 6 wiązań koordynacyjnych z ligandami w cząsteczce insuliny, co stabilizuje ten enzym. Inne metody kapsułkowania insuliny wykorzystują kompleksy alginianu i chitozanu.
Inna nowoczesna technika mikrokapsulacji wykorzystuje ekstrakcję płynem nadkrytycznym (RESS- ang. Rapid Expansion of Supercritical Solutions) [5].  Także wprowadzone stosunkowo niedawno nanokapsułki o średnicach 100-500 nm otrzymane poprez mikrofluidyzację lub emulsyjne formowanie miceli zyskują coraz większą popularność w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym [6].
Mikrokapsułkowanie posiada ogromny potencjał aplikacyjny. Stosowanie go obniża koszty produkcji a także umożliwia otrzymanie licznych nowych produktów jak chiralne prekursory farmaceutyków, antybiotyki, witaminy, składniki żywności oraz pasz, środki zapachowe i smakowe, kosmetyki, detergenty, biopolimery i środki spożywcze.

Literatura:

  1. Dai C, Wang B, Zhao H; Microencapsulation peptide and protein drugs delivery system. Colloids and Surfaces B; Biointerfaces; 41: 117–120.
  2. Arshady R; Microspheres for biomedical applications: preparation of reactive and labelled microspheres; Biomaterials; 14(1): 5-15.
  3. Raghavendra C, Mundargi V, Babu R, Rangaswam V, Patel P, Aminabhavi TM; Nano/micro technologies for delivering macromolecular therapeutics using poly(d,l-lactide-co-glycolide) and its derivatives. Industrial Biotechnology Group.
  4. Kingsley J et al; Development of a macrophage-based nanoparticle platform for antiretroviral drug delivery; Blood; 108(8): 2827–2835.
  5. Benita S; Microencapsulation: Methods and Industrial Applications; CRC Press; 2006
  6. Raport opracowany przez Interdyscyplinarny Zespół do spraw Rozwoju Biogospodarki pod kierunkiem prof. dr hab. Adam Dubina (2007) Stan i kierunki rozwoju biogospodarki. Źródło: Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego
  7. Uemura Y., N. Hamakawa, Yoshizawa H., Ando H., Ijichi K., Hatate Y. (2000) Effect of calcium alginate coating on the performance of immobilized yeast cells in calcium alginate beads. Chemical Engineering Communications, 177 (1):1 – 14.

ISSN 1689-7730