Fosfolipide

Tabel 6.3. Verschillende classificaties voor fosfolipiden

PLs, een van de hoofdbestanddelen van celmembranen, hebben een uitstekend biocompatibiliteitsprofiel. Door hun amfifiele aard kunnen PL’s onder bepaalde omstandigheden zelfassemblerende supermoleculaire structuren vormen in waterige media. Evenals andere oppervlakte-actieve stoffen kunnen PL’s ook worden gebruikt om emulsies te stabiliseren. PL’s kunnen zowel uit natuurlijke als uit synthetische bronnen worden verkregen. De meest gebruikte bronnen van natuurlijke PL’s zijn plantaardige oliën zoals soja en zonnebloem. PL’s kunnen ook worden verkregen uit dierlijke weefsels zoals eigeel. Hoewel zowel eigeel als sojabonen de belangrijkste bronnen van PL’s zijn, is er een verschil in gehalte en soort van de PL’s (tabel 6.5). De PL’s zoals PC, PE, lyso fosfatidyl choline, en lyso fosfatidyl ethanolamine kunnen uit natuurlijke bronnen geïsoleerd en gezuiverd worden voor farmaceutisch gebruik. Semisynthetische PL’s worden bereid door een verandering in de kop- of staartgroep, of beide, van natuurlijke PL’s, bijvoorbeeld de hydrogenering van natuurlijke onverzadigde PL’s tot verzadigde PL’s met een hoger smeltpunt en een hogere oxidatiestabiliteit. Synthetische PL’s worden bereid door zowel polaire als apolaire verbindingen aan een glycerolruggengraat te hechten via de vorming van een ester- of etherbinding. Bovendien is de synthese van sfingomyelinen complexer dan die van de glycerofosfolipiden. De bereiding, isolatie en zuivering van synthetische PL is altijd een duurder proces dan die uit natuurlijke bronnen. De synthetische PL’s hebben echter een relatief hogere zuiverheid en stabiliteit dan natuurlijke PL’s.

Tabel 6.5. Vergelijking tussen eigeel- en sojafosfolipiden

Criteria	Eigeel- PL’s	Sojaboon PL’s
Verhouding PC’s	Hogere	Lagere
Lange keten meervoudig onverzadigde vetzuren	Arachidonzuur en docosahexaeenzuur aanwezig	Absistent
Sfingomyelinen	Aanwezig	Absistent
Verzadigingsniveau van vetzuren	Hoger	Lager
Positie van FA	– sn-1 positie voor verzadigd vetzuur. – sn-2 positie voor onverzadigd vetzuur.	Zowel sn-1 als sn-2 posities voor onverzadigd vetzuur

PL’s kunnen in water vele soorten assemblages vormen door hun amfifiele aard. In het algemeen worden drie verschillende soorten vormen gevormd: micellen, PL-bilagen en de hexagonale (HII) fase (Fig. 6.1). Lysofosfolipiden kunnen worden voorgesteld als een omgekeerde kegelvorm als gevolg van een grotere kopgroep en een enkele hydrofobe keten. Deze omgekeerde kegelvorm resulteert in de vorming van een micellair systeem. Zoals in de figuur te zien is, resulteert de kegelvormige opstelling in een HII-vorm, terwijl de cilindrische moleculaire vorm de vorming van een PLs-bilaag bevordert. De vorming van een PLs-bilaag of liposoom kan worden beïnvloed door verschillende factoren die de omzetting van lamellaire fase in HII-fase bevorderen:

Figuur 6.1. Verschillende polymorfasen van fosfolipiden.

–

Voor kleinere PE-kopgroep leidt toename van de onverzadiging van de acylketen, de lengte en de temperatuur tot vorming van de HII-fase.

–

Bij hoge zoutconcentratie kunnen onverzadigde PE, PG, CL en PA de voorkeur geven aan de HII-fase.

–

Bij lage pH resulteert protonering van de carboxylgroep van PS en de fosfaatgroep van PA in overgang naar de HII-fase.

PL’s zijn ook gebruikt als een waardevol additief bij de ontwikkeling van diverse nanodragers. Fysiologisch fungeert PC als voeding voor de hersenfuncties en als substraat voor de synthese van de neurotransmitter acetylcholine. Synthetische PL’s zijn beter qua kwaliteit en stabiliteit, maar kosten meer dan natuurlijke PL’s. Hoewel zowel eifosfatidylcholine (EPC) als fosfatidylcholine van sojabonen (SPC) kan worden gebruikt voor de ontwikkeling van liposomen, wordt de voorkeur gegeven aan EPC boven SPC. EPC-liposomen hebben een hogere geneesmiddellaadcapaciteit en een lagere lekkage. Doxil bevat bijvoorbeeld gehydrogeneerde sojafosfatidylcholine (HSPC) en 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-fosfoëthanolamine-N- (PEG-DSPE) als fosfolipide om stabiele liposomen te vormen met minder neiging tot faseovergang in fysiologische omstandigheden .

PE’s spelen een belangrijke rol bij membraanfusie vanwege de geringere neiging tot hydratatie. Evenzo hebben op PE gebaseerde liposomen ook een betere interactie met de lipidenbilaag. Dioleoyl fosfatidyl ethanolamine (DOPE) wordt gebruikt om pH-gevoelige liposomen te ontwikkelen die de afbraak van het geneesmiddel door enzymen tijdens endocytose kunnen vermijden. Maar om de vorming van liposomen mogelijk te maken, moet een carboxylzuurgroep bevattend materiaal worden toegevoegd. De anionische zure groepen zorgen voor elektrostatische stabilisatie door afstoting bij neutrale pH, en liposomen blijven stabiel. Bij zure pH worden de carboxylgroepen geprotoneerd, waardoor de laminaire vorm overgaat in de HII-fase. Deze onstabiele fase maakt aggregatie, fusie en geneesmiddelafgifte mogelijk in een zure pH-omgeving. Verder bevordert toevoeging van DSPE-PEG aan DOPE de vorming van liposomen, alsmede de verhoging van de in vivo circulatietijd van liposomen.

De faseovergangstemperatuur (Tc) eigenschap van PL’s kan worden gebruikt voor de ontwikkeling van temperatuurgevoelige liposomen. Liposomen bestaande uit PL’s met een Tc hoger dan de fysiologische temperatuur kunnen geneesmiddelen afgeven in kankerweefsels die gepaard gaan met hyperthermie. Bij hogere temperatuur gaat de gelvorm over in een vloeibare kristallijne fase om ingekapselde geneesmiddelen uit de liposomen vrij te geven. Dipalmitoyl fosfatidylcholine (DPPC) heeft een Tc-waarde van 41°C en wordt gebruikt voor de ontwikkeling van thermogevoelige liposomen. Verder kunnen de geneesmiddelbeladingscapaciteit en de afgiftesnelheid van DPPC-liposomen worden verbeterd door andere PL’s toe te voegen, zoals distearoylfosfatidylcholine (DSPC) en HSPC. Voor de bevordering van de geneesmiddelafgifte op de plaats van de tumor mag de Tc van combinaties van PL’s echter niet hoger zijn dan 39-42°C. De optimale Tc-waarde van 39-40°C werd gerapporteerd voor de PEG-geylateerde liposomen van DPPC en de lysolipide monopalmitoyl phosphocholine (MPPC) .

In het algemeen is de eliminatie van liposomen die PL’s bevatten zoals PS, PG, en PA zeer snel als gevolg van MPS. Deze fagocytose van liposomen is afhankelijk van de hydrofiliciteit aan het oppervlak . De aanwezigheid van ganglioside en PI resulteert in verminderde opname van liposomen door MPS en een langere circulatietijd. De circulatietijd van liposomen hangt ook af van de vloeibaarheid van het membraan. De liposomen met een stijve bilaag hebben een vermindering van de klaring door MPS . De toevoeging van hoge Tc (b.v. DSPC) en stijve PL’s (b.v. sfingomyelinen) resulteert in verbetering van de circulatietijd van liposomen. De aanwezigheid van een stabielere amide binding (moeilijk te verbreken in vivo) en intermoleculaire waterstofbruggen maken een solide lipide bilaag van liposomen.

Recentelijk is de circulatietijd van liposomen verbeterd door PEGylering aan het oppervlak. Maar PEGylated liposomen zijn ook geassocieerd met versnelde bloed klaring fenomeen op herhaalde injectie. De vorming van anti-PEG IgM bevordert een snelle detectie en klaring van PEGgeylateerde liposomen bij latere blootstellingen . Dit ABC fenomeen van liposomen werd meer gevonden voor onverzadigde PLs (b.v. SPC, EPC, en ei sfingomyelinen) dan dat voor verzadigde PLs (b.v. DPPC en HSPC). Bovendien kan dit ABC-fenomeen ook worden waargenomen bij conventionele liposomen. Maar in tegenstelling tot PEG-geëpoxyleerde liposomen, lokken de conventionele liposomen het ABC-fenomeen alleen uit bij een hoge dosis (5 μmol/kg) en niet bij een lagere lipidedosis van 0,001 μmol/kg.

De kationische lipide dimethyl dioctadecyl ammonium (DDA) is ook gebruikt om kationische liposomen te vormen. Kationische liposomen hebben het voordeel van een betere celopname, maar tegelijkertijd beperkt de kationische aard ook het gebruik ervan wegens ongewenste toxiciteit. Yusuf et al. ontwikkelden een nieuw gelyofiliseerd liposoom door zowel de kationische lipide DDA als TPGS te combineren. De celopname van deze liposomen werd verbeterd door de glibberige werking van de nanodeeltjes door mucus als gevolg van de aanwezigheid van TPGS en de elektrostatische aantrekking tussen de kationische lipide en negatief geladen neusslijmvlies. Kationische liposomen binden ook met anionisch DNA en vormen een neutraal systeem bekend als “Lipoplex” voor gen-afgifte.

Cholesterol wordt ook toegevoegd aan liposoom formulering met PLs als een membraan-stabiliserend additief. De aanwezigheid van cholesterol in de lipide bilaag verbetert de stabiliteit van liposomen en vermindert ook de permeabiliteit van de bilaag. Deze verandering van de permeabiliteit van de bilaag resulteert in een vermindering van ingekapseld geneesmiddellekkage tijdens circulatie.

Hu et al. bereidden de hybride nanodeeltjes door 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propaan (DOTAP) liposomen en PLGA te combineren met verschillende concentraties cholesterol . De aanwezigheid van cholesterol bevorderde de fusie tussen nanodeeltjes, en bij zeer hoge concentratie kan het ook de afgifte van antigeen vertragen. Verder werd fusie van nanodeeltjes tijdens opslag voorkomen door PEGylering met DSPE-PEG. Liposomen kunnen ook worden gewijzigd in verschillende types door toevoeging van een bepaald additief zoals ethosomen, cubosomen, enz. PL’s kunnen ook worden gebruikt als emulgator in nano-emulsie formuleringen. Intralipid was de eerste veilige nutritionele intraveneuze vetemulsie die ei-fosfolipiden als emulgator bevat. Naast EP wordt ook ei-lecithine gebruikt als emulgator voor nano-emulsies. Natuurlijke lecithine kan echter ook worden omgezet in lysofosfolipiden, die na IV-injectie hemolyse kunnen veroorzaken. Lenzo et al. rapporteerden het emulgeergedrag van verschillende PL’s zoals EPC, dioleoyl fosfatidylcholine (DOPC), dimyristoyl fosfatidylcholine (DMPC), 1-palmitoyl-2-oleoyl fosfatidylcholine (POPC), en DPPC . Zij vonden een verschillend type metabolismepad voor verschillende PLs. De eliminatiesnelheid van DPPC-bevattende emulsies was het traagst door de afwezigheid van zowel lipoproteïnelipase-gemedieerde hydrolyse als hoge-dichtheid lipoproteïne-associatie. Bovendien kan de aanwezigheid van sfingomyelinen in nanosemulsies de circulatietijd verlengen en de opname door de lever verminderen. Sphingomyelines is ook een belangrijk onderdeel van het lipoproteïne-oppervlak en voorkomt binding van apolipoproteïne E met emulsie en vermindert ook lipoproteïne lipase-gemedieerde hydrolyse . Daarnaast werd ook de voorkeur gegeven aan de combinatie van ei-PL’s en synthetische oppervlakte-actieve stoffen zoals pluronic F68. Tran et al. bestudeerden ook het effect van SPC-opname in SEDDS. Zij constateerden een toename van de druppelgrootte in aanwezigheid van SPC, maar in significante variatie waargenomen in biologische beschikbaarheid .

Door hun amfifiele aard kunnen PL’s ook micellen vormen bij of boven een bepaalde CMC-waarde. De combinatie van PC en galzout kan een gemengd micelle-systeem vormen dat als afgiftesysteem fungeert door slecht oplosbare geneesmiddelen in te kapselen. Hoewel PC over het algemeen niet in water oplosbaar is, vormen de gemengde micellen met galzouten een heldere oplossing en bevorderen zij de adsorptie van lipofiele geneesmiddelen. Op soortgelijke wijze vertonen SPC en op glycocholzuur gebaseerde gemengde micellen ook een betere stabiliteit en compatibiliteit en zijn zij in de handel verkrijgbaar als Valium en Konakion . PE- en PEG-mengsels kunnen ook sterisch gestabiliseerde micellen vormen in plaats van liposomen als hun gehalte bepaalde grenzen overschrijdt. Het PEG-residu aan het oppervlak kan de opname van MPS verhinderen, en de PL-kern kan stabiliteit geven aan SMM. Ook kan de circulatiehalfwaardetijd van SMM worden verkort door DSPE als lipidebestanddeel te vervangen door DOPE . Maar het oplosbaarheidsvermogen van SMM is beperkt voor slecht in water oplosbare geneesmiddelen. De toevoeging van een optimale verhouding EPC aan PE-PEG SMM kan het oplosbaarheidspotentieel verhogen.

Nauwelijks geneesmiddelen zoals flavonoïden hebben een speciale affiniteit voor fosfolipiden, en zij kunnen complexen vormen die ook bekend staan als fytosomen. Deze PL- en geneesmiddelcomplexen hebben een betere absorptie door het GI-membraan, waardoor de biologische beschikbaarheid van het oorspronkelijke geneesmiddel wordt verbeterd. De stabiliteit van geneesmiddelen wordt ook verbeterd in gecomplexeerde vorm met verlenging van de werking van het geneesmiddel.

Turk et al. ontwikkelden HLPNs voor de aflevering van een hydrofoob geneesmiddel met behulp van DSPE-PEG en PLGA. PLGA vormde een hydrofobe kern, waarin het hydrofobe geneesmiddel wordt ingesloten, en DSPE vormt een omhulsel rond de kern. Op soortgelijke wijze wordt SPC ook gebruikt om een nanoshell te vormen rond een PLGA-kern voor de toediening van methotrexaat. De aanwezigheid van PL’s aan het oppervlak van HLPN’s kan het biologische membraan nabootsen en bijdragen tot een betere penetratie door het membraan. Een ander type HLPN met PL’s zijn met PL bedekte mesoporeuze siliciumdioxide nanodeeltjes. Zhang et al. ontwikkelden dergelijke nanodeeltjes met een kern van mesoporeus silica voor de inkapseling van geneesmiddelen, omgeven door kationisch PL, dat een langdurige vrijgave van het geneesmiddel mogelijk maakt. Aan het buitenste oppervlak bevestigden zij ook een laag negatief geladen carboxymethylchitosan, dat de pH-afhankelijke afgifte van het geneesmiddel regelt. Zhang et al. ontwikkelden ook HLPN’s met een mesoporeuze silicakern geladen met doxorubicine en bedekten die met een thermoresponsieve PL-laag die DPPC/DSPC/cholesterol/DSPE-PEG bevatte. Dit HLPN-systeem voorkomt voortijdige afgifte van het geneesmiddel uit mesoporeus silica en geeft het geneesmiddel alleen sneller af bij pH 5, in vergelijking met pH 7,4.