Nanotehnologia farmaceutica

Autor: Dr. farm. George Dan Mogosanu, S.L. Disciplina Farmacognozie-Fitoterapie, Facultatea de Farmacie, U.M.F. Craiova

Nanoparticulele sunt matrite polimerice
biodegradabile sau biorezistente,
cu un diametru mediu
de aprox. 200 nm. Din punct de
vedere structural, nanoparticulele
cuprind: nanosfere (nanopelete), cu matrita
compacta, de forma sferica; nanocapsule, cu o
cavitate interna, de tip rezervor.

De la nanoparticule
la nanomedicamente

Nanoparticulele, care se obtin prin polimerizarea
unor monomeri sau direct din structuri
(matrite) polimerice prelucrate, prezinta
urmatoarele avantaje: preparare relativ simpla; asigura protectia principiilor active la degradarea
chimica si enzimatica; limiteaza efectele
secundare ale substantelor active; asigura
transportul si eliberarea la tinta, prin matrita
biodegradabila. Dezavantajele nanoparticulelor
constau in costurile mari ale tehnologiei
(echipamente, materii prime) si in toxicitatea
unor substante auxiliare. Nanoparticulele se
administreaza mai ales pe cale parenterala (antibiotice,
citostatice), dar si p.o. (peptide, proteine,
vaccinuri) sau la nivel ocular (antiinflamatoare,
beta-blocante, imunosupresoare).

Cercetarile privind transportul si eliberarea
la tinta cu ajutorul nanoparticulelor
sunt de mare importanta in nanotehnologia
farmaceutica. Medicamentele administrate pe
cale orala, sau injectabila, nu sunt neaparat
cele mai eficiente formulari pentru o anumita
substanta activa. De exemplu, peptidele, proteinele
si acizii nucleici necesita noi tehnologii
de transport pentru optimizarea eficacitatii,
reducerea efectelor secundare si cresterea
compliantei.

Avand o suprafata foarte mare raportata
la volumul lor, nanoparticulele prezinta o
biodisponibilitate crescuta, asigura eliberarea controlata a substantei active si permit
vectorizarea la nivel intracelular si molecular.
Datorita dimensiunilor extrem de mici, vectorii
de tip nanoparticule traverseaza cu usurinta
barierele biologice (bariera hematoencefalica, caile pulmonare, jonctiunile epiteliale dense
de la nivel cutanat), care in mod normal
impiedica transportul substantei active la locul
de actiune.

Fata de formularile clasice, nanomedicamentele
au numeroase avantaje: protectia
mai buna la degradarea indusa de me diul biologic,
biodisponibilitate crescuta, actiune
la nivelul unui anumit tesut, penetrare
intracelulara. Astfel, prin aplicarea nanotehnologiei
farmaceutice creste eficacitatea,
specificitatea, tolerabilitatea si indicele terapeutic
al substantelor active.

Nanoterapia antitumorala

Cercetarile de ultima ora au in vedere
acoperirea (functionalizarea) suprafetei unei
nanocapsule cu situsuri de legare specifice
pentru markerii de pe suprafata celulelor tumorale.
In acest fel, dupa injectare, nanocapsula
„programata” se fixeaza in tesutul tumoral
si elibereaza citostaticul.

In scopul tintirii celulelor tumorale si reducerii
efectelor adverse ale chimioterapiei,
nanosfere de aur, cu dimensiuni subcelulare,
au fost acoperite cu paclitaxel. Cercetarile au
evidentiat eficacitatea sporita a medicamentului,
prin cresterea specificitatii de legare a
substantei active de microtubuli, cu blocarea
diviziunii celulare.

Pentru transportul vectorizat, nanoterapia antitumorala are in vedere si utiliza rea sistemelor
conjugate nanoparticule-apta meri.
Aptamerii sunt liganzi specifici pentru acizi
nucleici si peptide, care permit tintirea si eliberarea
controlata a citostaticelor la nivelul
masei tumorale. Primele cercetari cu rezultate
incurajatoare au fost efectuate pe culturi celulare
de cancer prostatic.

Nanoprotectia neuronala

Neuroprotectia este un alt domeniu de
varf al nanotehnologiei farmaceutice, care
vizeaza prevenirea sau incetinirea disparitiei
neuronilor, prin actiunea medicamentului
vectorizat la nivelul mecanismelor celulare si
moleculare implicate in moartea neuronala.
Pentru un beneficiu terapeutic maxim,
strategiile terapeutice trebuie aplicate inca
din fazele incipiente ale starii neurodegenerative
(de exemplu, in bolile Alzheimer, Parkinson,
Huntington).

Nanoantibioterapia

Pentru prevenirea infectiilor cutanate,
din cauza agresiunilor la nivelul pielii (arsuri,
ulceratii, diverse rani), in prezent este cercetata
posibilitatea utilizarii asa-numitelor „bandaje
inteligente” care contin nanocapsule cu antibiotic
si un colorant sensibil la toxinele bacteriene.
Astfel, nanocapsulele elibereaza antibioticul
doar in contact cu aceste toxine, iar bandajul incepe sa se coloreze avertizand asupra
infectiei locale. Eliberarea controlata a antibioticului
determina limitarea riscului aparitiei
unor bacterii rezistente la antibiotice, cum
ar fi, de exemplu, stafilococul auriu rezistent
la meticilina (MRSA – Methicillin-resistant
Staphylococcus aureus).

Nanosisteme de transport
in terapia genica

In prezent, terapia genica se orienteaza
catre utilizarea nanoparticulelor in locul vectorilor
biologici (cum ar fi virusurile). Cel putin
teoretic, fata de vectorii virali, nanoparticulele
sunt mai putin susceptibile imunologic si permit
transferul unei cantitati mai mari de material
genetic catre celulele tinta. In acest scop,
in experiment pe animal, au fost folosite structuri
macromoleculare, ramificate simetric, de
tip dendrimeri. S-a constatat ca dendrimerii
pot transfera ADN in nucleul celulei tinta fara
declansarea unor reactii de natura imuna.

Nanovaccinuri

Prin faptul ca induc raspuns imun atat
umoral, cat si mediat celular, nanovaccinurile sunt mult mai eficiente decat
vaccinurile conventionale. De asemenea,
complianta este mult mai buna in primul
caz, deoarece nanovaccinurile pot fi aplicate
si sub forma de picaturi nazale. Noile
tehnologii de preparare, aflate inca in stadiu
experimental, permit reducerea timpului de
cultivare a tulpinilor virale de la 60 la 28 de
zile, aspect extrem de important daca se au in
vedere pandemiile de gripa.

In Canada, cercetarile preclinice au condus
la obtinerea unui nanovaccin impotriva
diabetului zaharat de tip 1. La soarecii de
laborator, nanovaccinul a restabilit nivelul
normal al glicemiei prin eliminarea celulelor
T hiper-reactive, responsabile de distrugerea
autoimuna a celulelor beta-pancreatice.
Vaccinurile pe baza de nanoemulsii cu
administrare intranazala s-au dovedit netoxice
si eficiente contra virusurilor gripal, al
hepatitei B, HIV, variolei.

Nanodiagnosticul molecular

Aparitia unor noi substante de contrast,
markeri pentru diagnosticul tumoral, care au
la baza formulari de tip nanoparticule, a condus
la cresterea sensibilitatii si specificitatii
detectiei in vivo a carcinoamelor, contribuind
la imbunatatirea tehnicilor de
imagistica medicala de inalta rezolutie, noninvazive
la nivel celular si molecular: ecografie
(US – Ultrasonography), tomografie
computerizata (CT – Computed Tomography),
imagistica prin rezonanta magnetica
nucleara (MRI – Magnetic Resonance Imaging),
imagistica optica (OI – Optical Imaging),
tomografie cu emisie de pozitroni (PET
– Positron Emission Tomography).

Nanoimagistica are o contributie
importanta la detectarea precoce a tumorilor.
Aceasta tehnologie reprezinta viitorul in diagnosticarea
cancerului. In prezent, tehnicile
imagistice au o rezolutie maxima de 1 mm;
cu ajutorul nanoparticulelor, rezolutia poate
creste de cel putin 10 ori.

Nanoparticulele sunt capabile sa traverseze
bariera hematoencefalica si sa se acumuleze in
tumorile cerebrale, fara a determina leziuni la
nivel local. Prin injectarea in patul vascular a
unor nanoparticule fluorescente, s-a obtinut
„iluminarea” unor tumori cerebrale la soarece.
Pentru „tintirea” celulelor tumorale a fost
utilizata clorotoxina, o peptida cu masa
moleculara mica, izolata din veninul de scorpion.
Metoda are si aplicatii terapeutice,
pornind de la constatarea ca in combinatie
cu nanoparticulele clorotoxina a limitat drastic
raspandirea tumorii.

Tumorile cerebrale sunt foarte invazive,
afectand si tesuturile inconjuratoare, fara o
delimitare clara intre tesutul cerebral normal
si cel afectat. Astfel, prin imbunatatirea contrastului,
nanoparticulele permit chirurgilor sa
vizua lizeze mult mai bine limitele tumorii.

„Chirurgia intracelulara”
si „nanodoctorii”

Inca de domeniul fantasticului, conceptul
de „chirurgie intracelulara” se bazeaza in intregime
pe nanotehnologie. Astfel, „nanodoctorii”
(nanorobotii) pot identifica structurile
intracelulare si caile de semnalizare moleculara,
interventia lor avand un grad extrem de ridicat
de specificitate: prevenirea degradarii si repararea
ADN, eliminarea proteinelor denaturate,
stimularea activitatii lizozomale, tratarea anevrismelor
cerebrale etc.

Concluzii

Nanotehnologia, respectiv constructia si
aplicatiile la nivel celular si molecular a unor
sisteme sau dispozitive, este un domeniu interdisciplinar
care a cunoscut in ultimii ani o
dezvoltare extraordinara. In acest sens, nanomedicina
este, fara indoiala, una din aplicatiile
de mare valoare ale nanotehnologiei. Daca
amintim doar terapia la tinta, nanotehnologia
farmaceutica urmareste obtinerea unor medicamente
cat mai eficiente, cu efecte adverse
minime si care sa beneficieze de o complianta
cat mai buna. De asemenea, in ultimii 20
de ani, nanosistemele au condus la cresterea
sensibilitatii, vitezei si flexibilitatii diagnosticului
medical. Detectarea in stadiu incipient
creste sansele de vindecare a unor boli grave,
cum ar fi cancerul.