Phospholipid

4 Phospholipids

PLs possono formare molti tipi di gruppi in acqua a causa della loro natura anfifilica. In generale, si formano tre diversi tipi di forme – micelle, bilayer di PLs e fase esagonale (HII) (Fig. 6.1). I lisofosfolipidi possono essere rappresentati come una forma molecolare a cono rovesciato a causa di un gruppo di testa più grande e una singola catena idrofoba. Questa forma a cono rovesciato porta alla formazione di un sistema micellare. Come mostrato in figura, la disposizione a cono risulta nella forma HII, mentre la forma molecolare cilindrica favorisce la formazione di un bilayer PLs. La formazione del bilayer di PLs o del liposoma può essere influenzata da vari fattori che promuovono la conversione della fase lamellare in fase HII:

Figura 6.1. Varie fasi polimorfe dei fosfolipidi.

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Per il gruppo di testa PE più piccolo, l’aumento dell’insaturazione della catena acilica, della lunghezza e della temperatura porta alla formazione della fase HII.

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Con un’alta concentrazione di sale, PE insaturo, PG, CL e PA possono preferire la fase HII.

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A basso pH, la protonazione del gruppo carbossilico di PS e del gruppo fosfato di PA provoca la transizione verso la fase HII.

I PC sono stati utilizzati anche come un prezioso additivo nello sviluppo di vari nanocarrier. Fisiologicamente, il PC agisce come nutrimento per le funzioni cerebrali e come substrato della sintesi del neurotrasmettitore acetilcolina. I PL sintetici sono migliori in termini di qualità e stabilità, ma il costo è più alto dei PL naturali. Anche se sia la colina fosfatidilica dell’uovo (EPC) che la colina fosfatidilica della soia (SPC) possono essere usate per sviluppare i liposomi, l’EPC è preferita all’SPC. I liposomi EPC hanno una maggiore capacità di carico del farmaco e un tasso di perdita inferiore. Per esempio, Doxil contiene fosfatidilcolina di soia idrogenata (HSPC) e 1,2-distearoyl-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N- (PEG-DSPE) come fosfolipide per formare liposomi stabili con meno tendenza alla transizione di fase in condizioni fisiologiche. Allo stesso modo, i liposomi a base di PE hanno anche una migliore interazione con il bilayer lipidico. Dioleoyl phosphatidyl ethanolamine (DOPE) è usato per sviluppare liposomi sensibili al pH che possono evitare la degradazione del farmaco da parte degli enzimi durante l’endocitosi. Ma per consentire la formazione di liposomi, è necessario aggiungere un gruppo acido carbossilico contenente materiali. I gruppi acidi anionici forniscono una stabilizzazione elettrostatica per repulsione a pH neutro, e i liposomi rimangono stabili. A pH acido, i gruppi carbossilici diventano protonati, il che causa la conversione della forma laminare in fase HII. Questa fase instabile permette l’aggregazione, la fusione e il rilascio del farmaco in ambiente a pH acido. Inoltre, l’aggiunta di DSPE-PEG a DOPE promuove la formazione di liposomi, così come l’aumento del tempo di circolazione in vivo dei liposomi.

La proprietà della temperatura di transizione di fase (Tc) di PLs può essere utilizzata per lo sviluppo di liposomi sensibili alla temperatura. I liposomi composti da PLs con Tc superiore alla temperatura fisiologica possono rilasciare farmaci nei tessuti cancerosi associati all’ipertermia. A temperature più elevate la forma di gel transita in una fase cristallina liquida per rilasciare i farmaci incapsulati dai liposomi. La dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) ha un valore Tc di 41°C ed è usata per sviluppare liposomi termosensibili. Inoltre, la capacità di carico del farmaco e il tasso di rilascio dei liposomi DPPC possono essere migliorati aggiungendo altri PL come la distearoil fosfatidilcolina (DSPC) e HSPC. Tuttavia, per promuovere il rilascio del farmaco nel sito tumorale la Tc delle combinazioni di PL non dovrebbe superare l’intervallo di 39-42°C. Il valore Tc ottimale di 39-40°C è stato riportato per i liposomi PEGilati di DPPC e lisolipide monopalmitoil fosfocholina (MPPC).

In generale, l’eliminazione dei liposomi contenenti PL come PS, PG e PA è molto rapida a causa di MPS. Questa fagocitosi dei liposomi dipende dall’idrofilia della superficie. La presenza di ganglioside e PI provoca una diminuzione dell’assorbimento dei liposomi da parte delle MPS e un tempo di circolazione prolungato. Il tempo di circolazione dei liposomi dipende anche dalla fluidità della membrana. I liposomi con un bilayer rigido hanno una riduzione della clearance da parte delle MPS. L’aggiunta di PL ad alto Tc (ad esempio, DSPC) e di PL rigide (ad esempio, sfingomieline) comporta un miglioramento del tempo di circolazione dei liposomi. La presenza di un legame ammidico più stabile (difficile da rompere in vivo) e il potenziale di legame idrogeno intermolecolare rendono un solido bilayer lipidico del liposoma.

Di recente, il tempo di circolazione dei liposomi è stato migliorato dalla PEGilazione alla superficie. Ma i liposomi PEGilati sono anche associati a un fenomeno di clearance del sangue accelerato su iniezione ripetuta. La formazione di IgM anti-PEG promuove il rilevamento rapido e la clearance dei liposomi PEGilati su esposizioni successive. Questo fenomeno ABC di liposomi è stato trovato più per PLs insaturi (ad esempio, SPC, EPC, e sfingomieline uovo) che per PLs saturi (ad esempio, DPPC e HSPC). Inoltre, questo fenomeno ABC può essere osservato anche per i liposomi convenzionali. Tuttavia, a differenza dei liposomi PEGilati, i liposomi convenzionali provocano il fenomeno ABC solo ad alte dosi (5 μmol/kg) e non a dosi di lipidi più basse di 0,001 μmol/kg.

Il lipide cationico dimetil dioctadecil ammonio (DDA) è stato usato anche per formare liposomi cationici. I liposomi cationici hanno il vantaggio di un migliore assorbimento delle cellule, ma allo stesso tempo, la natura cationica limita anche il loro uso a causa della tossicità indesiderata. Yusuf et al. hanno sviluppato un nuovo liposoma liofilizzato combinando sia il lipide cationico DDA che il TPGS. L’assorbimento cellulare di questi liposomi è stato migliorato grazie all’azione scivolosa delle nanoparticelle attraverso il muco per la presenza di TPGS e l’attrazione elettrostatica tra il lipide cationico e la mucosa nasale caricata negativamente. I liposomi cationici si legano anche con il DNA anionico e formano un sistema neutro conosciuto come “Lipoplex” per la consegna dei geni.

Il colesterolo è anche aggiunto alla formulazione dei liposomi con PLs come additivo stabilizzatore di membrana. La presenza di colesterolo nel bilayer lipidico migliora la stabilità dei liposomi e riduce anche la permeabilità del bilayer. Questa alterazione della permeabilità del bilayer si traduce in una riduzione della perdita del farmaco incapsulato durante la circolazione.

Hu et al. hanno preparato le nanoparticelle ibride combinando 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP) liposomi e PLGA con diverse concentrazioni di colesterolo . La presenza del colesterolo ha promosso la fusione tra le nanoparticelle e, a concentrazioni molto alte, può anche rallentare il rilascio dell’antigene. Inoltre, la fusione delle nanoparticelle durante la conservazione è stata impedita dalla PEGilazione con DSPE-PEG. I liposomi possono anche essere modificati in vari tipi aggiungendo un additivo particolare come gli etosomi, i cubosomi, ecc. I PL possono anche essere usati come emulsionante in formulazioni di nanoemulsione. Intralipid è stata la prima emulsione di grasso nutrizionale sicura per via endovenosa che contiene fosfolipidi d’uovo come emulsionante. Oltre al PE, anche la lecitina d’uovo è usata come emulsionante per le nanoemulsioni. Tuttavia, la lecitina naturale può anche essere convertita in lisofosfolipidi, che possono causare emolisi dopo l’iniezione IV. Lenzo et al. hanno riportato il comportamento di emulsificazione di vari PL come EPC, dioleoyl phosphatidylcholine (DOPC), dimyristoyl phosphatidylcholine (DMPC), 1-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidylcholine (POPC), e DPPC . Hanno trovato un percorso di metabolismo di tipo diverso per le diverse PL. Il tasso di eliminazione delle emulsioni contenenti DPPC era il più lento a causa dell’assenza di idrolisi mediata dalla lipoproteina e dell’associazione di lipoproteine ad alta densità. Inoltre, la presenza di sfingomieline nella nanoemulsione può anche aumentare il tempo di circolazione e la riduzione dell’assorbimento da parte del fegato. La sfingomielina è anche una parte importante della superficie delle lipoproteine e impedisce il legame dell’apolipoproteina E con l’emulsione e riduce anche l’idrolisi mediata dalla lipoproteina. Inoltre, la combinazione di PLs uovo e tensioattivi sintetici come il pluronic F68 è stato anche preferito. Tran et al. hanno anche studiato l’effetto dell’inclusione di SPC in SEDDS. Hanno osservato l’aumento delle dimensioni delle gocce in presenza di SPC, ma in una variazione significativa osservata nella biodisponibilità.

A causa della loro natura anfifila, le PL possono anche formare micelle a o sopra un certo valore CMC. La combinazione di PC e sale biliare può formare un sistema di micelle miste che agisce come sistema di consegna incapsulando farmaci poco solubili. Anche se il PC è generalmente insolubile in acqua, le micelle miste con i sali biliari formano una soluzione chiara e promuovono l’adsorbimento dei farmaci lipofili. Allo stesso modo, anche le micelle miste a base di SPC e acido glicolico presentano una migliore stabilità e compatibilità e sono disponibili in commercio come Valium e Konakion. Le miscele di PE e PEG possono anche formare micelle stericamente stabilizzate invece di liposomi se il loro contenuto supera certi limiti. Il residuo di PEG sulla superficie può impedire l’assorbimento di MPS, e il nucleo di PL può fornire stabilità a SMM. Anche l’emivita di circolazione di SMM può essere ridotta sostituendo DSPE come componente lipidico con DOPE. Ma la capacità di solubilizzazione di SMM è limitata per i farmaci poco solubili in acqua. L’aggiunta di una proporzione ottimale di EPC in PE-PEG SMM può aumentare il potenziale di solubilizzazione.

Poche droghe come i flavonoidi hanno un’affinità speciale per i fosfolipidi, e possono formare complessi conosciuti anche come fitosomi. Questi PL e complessi di farmaci hanno un migliore assorbimento attraverso la membrana GI, migliorando così la biodisponibilità del farmaco genitore. La stabilità dei farmaci è anche migliorata nella forma complessata con il prolungamento dell’azione del farmaco.

Turk et al. hanno sviluppato HLPNs per la consegna di un farmaco idrofobico usando DSPE-PEG e PLGA. PLGA ha formato un nucleo idrofobico, dove il farmaco idrofobico viene intrappolato, e DSPE forma un guscio intorno al nucleo. Allo stesso modo, SPC è anche usato per formare un nanoshell intorno a un nucleo PLGA per la consegna del metotrexato. La presenza di PLs sulla superficie di HLPNs può imitare la membrana biologica e aiutare in una migliore penetrazione attraverso di essa. Un altro tipo di HLPN che coinvolge PLs è PL-cappato nanoparticelle di silice mesoporosa. Zhang et al. hanno sviluppato tali nanoparticelle con un nucleo di silice mesoporosa per l’incapsulamento dei farmaci circondato da PL cationico, che permette un rilascio prolungato del farmaco. Sulla superficie più esterna, hanno anche attaccato un altro strato di carbossimetil chitosano caricato negativamente, che regola il rilascio dipendente dal pH del farmaco. Zhang et al. hanno anche sviluppato HLPN con un nucleo di silice mesoporosa caricato con doxorubicina e coperto con uno strato di PL termoreattivo contenente DPPC/DSPC/colesterolo/DSPE-PEG . Questo sistema HLPN impedisce il rilascio prematuro del farmaco dalla silice mesoporosa e rilascia il farmaco ad un tasso più veloce solo a pH 5, rispetto al pH 7.4.

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