Phospholipid

Tabela 6.3. Różne klasyfikacje fosfolipidów

Tabela 6.4. Comparison Between Phosphatidylcholine and Sphingomyelin Phospholipids

PLs, jeden z głównych składników błon komórkowych, charakteryzują się doskonałym profilem biokompatybilności. Ze względu na swój amfifilowy charakter, PLs mogą w określonych warunkach tworzyć samoorganizujące się struktury supramolekularne w środowisku wodnym. Ponadto, podobnie jak inne środki powierzchniowo czynne, PL mogą być stosowane do stabilizacji emulsji. PL mogą być otrzymywane zarówno z naturalnych, jak i syntetycznych źródeł. Najpowszechniej stosowanym źródłem naturalnych PLs są oleje roślinne, takie jak sojowy i słonecznikowy. PL mogą być również otrzymywane z tkanek zwierzęcych, takich jak żółtko jaja. Chociaż zarówno żółtka jaj jak i soja są głównymi źródłami PLs, istnieje różnica w zawartości i gatunkach PLs (Tabela 6.5). PLs takie jak PC, PE, lizofosfatydylocholina i lizofosfatydyloetanoloamina mogą być izolowane i oczyszczane do celów farmaceutycznych z naturalnych źródeł. Półsyntetyczne PLs są otrzymywane poprzez zmianę grupy głównej, ogonowej lub obu grup w naturalnych PLs, na przykład uwodornienie naturalnych nienasyconych PLs w nasycone PLs o wyższej temperaturze topnienia i stabilności oksydacyjnej. Syntetyczne PLs są przygotowywane przez przyłączenie zarówno polarnych jak i apolarnych cząsteczek do szkieletu glicerolu poprzez utworzenie wiązania estrowego lub eterowego. Ponadto synteza sfingomielin jest bardziej złożona niż synteza glicerofosfolipidów. Otrzymywanie, izolacja i oczyszczanie syntetycznych PL jest zawsze bardziej kosztownym procesem niż otrzymywanie PL ze źródeł naturalnych. Jednakże syntetyczne PL mają stosunkowo wyższą czystość i stabilność niż PL naturalne.

PL mogą tworzyć wiele typów złożeń w wodzie ze względu na ich amfifilowy charakter. Ogólnie rzecz biorąc, tworzą się trzy różne rodzaje kształtów – micelle, warstwy PLs i faza heksagonalna (HII) (rys. 6.1). Lizofosfolipidy mogą być reprezentowane jako cząsteczki o kształcie odwróconego stożka ze względu na większą grupę główną i pojedynczy łańcuch hydrofobowy. Ten kształt odwróconego stożka powoduje tworzenie się układu micelarnego. Jak pokazano na rysunku, ułożenie stożkowe powoduje powstanie kształtu HII, podczas gdy cylindryczny kształt molekularny sprzyja tworzeniu się dwuwarstwy PLs. Na tworzenie się warstwy dwuwarstwowej PLs lub liposomów mogą wpływać różne czynniki, które sprzyjają konwersji fazy płytkowej do fazy HII:

Rysunek 6.1. Różne fazy polimorficzne fosfolipidów.

–

W przypadku mniejszej grupy głównej PE, wzrost nienasycenia łańcucha acylowego, długości i temperatury powoduje tworzenie się fazy HII.

–

W przypadku wysokiego stężenia soli, nienasycone PE, PG, CL i PA mogą preferować fazę HII.

–

Przy niskim pH, protonowanie grupy karboksylowej PS i grupy fosforanowej PA powoduje przejście w kierunku fazy HII.

PL zostały również wykorzystane jako cenny dodatek w rozwoju różnych nanonośników. Fizjologicznie, PC działa jako pożywienie dla funkcji mózgu i jako substrat syntezy neuroprzekaźnika acetylocholiny. Syntetyczne PLs są lepsze pod względem jakości i stabilności, ale ich koszt jest wyższy niż naturalnych PLs. Chociaż zarówno fosfatydylocholina z jaj (EPC), jak i fosfatydylocholina z soi (SPC) mogą być używane do tworzenia liposomów, EPC są preferowane w stosunku do SPC. Liposomy EPC mają wyższą zdolność ładowania leku i niższy wskaźnik wycieku. Na przykład, Doxil zawiera uwodornioną sojową fosfatydylocholinę (HSPC) i 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-fosfoetanolaminę-N- (PEG-DSPE) jako fosfolipid do tworzenia stabilnych liposomów z mniejszą tendencją do przejścia fazowego w warunkach fizjologicznych .

PE odgrywają ważną rolę w fuzji membranowej z powodu mniejszej tendencji do hydratacji. Podobnie, liposomy na bazie PE mają również lepszą interakcję z dwuwarstwą lipidową. Dioleoilofosfatydyloetanoloamina (DOPE) jest używana do tworzenia liposomów wrażliwych na pH, które mogą uniknąć degradacji leku przez enzymy podczas endocytozy. Jednak aby umożliwić tworzenie liposomów, należy dodać materiały zawierające grupę karboksylową kwasu. Anionowe grupy kwasowe zapewniają stabilizację elektrostatyczną poprzez odpychanie w neutralnym pH, a liposomy pozostają stabilne. W kwaśnym pH grupy karboksylowe ulegają protonowaniu, co powoduje przekształcenie formy laminarnej w fazę HII. Ta niestabilna faza umożliwia agregację, fuzję i uwalnianie leków w środowisku kwaśnego pH. Ponadto, dodatek DSPE-PEG do DOPE sprzyja tworzeniu liposomów, jak również wydłuża czas krążenia liposomów in vivo .

Właściwość temperatury przejścia fazowego (Tc) PLs może być wykorzystana do opracowania liposomów wrażliwych na temperaturę. Liposomy zbudowane z PLs o Tc wyższej niż temperatura fizjologiczna mogą uwalniać leki w tkankach nowotworowych związanych z hipertermią. W wyższej temperaturze forma żelowa przechodzi w fazę ciekłokrystaliczną, uwalniając z liposomów enkapsulowane leki. Dipalmitoilofosfatydylocholina (DPPC) ma wartość Tc wynoszącą 41°C i jest wykorzystywana do opracowywania termoczułych liposomów. Ponadto, zdolność ładowania leków i szybkość uwalniania liposomów DPPC można poprawić przez dodanie innych PL, takich jak distearylofosfatydylocholina (DSPC) i HSPC. Jednakże, w celu promowania uwalniania leku w miejscu guza, Tc kombinacji PLs nie powinno przekraczać zakresu 39-42°C. Optymalną wartość Tc wynoszącą 39-40°C odnotowano dla liposomów PEGylowanych z DPPC i lizolipidu monopalmitoilofosfocholiny (MPPC) .

Ogólnie, eliminacja liposomów zawierających PLs, takich jak PS, PG i PA jest bardzo szybka z powodu MPS. Ta fagocytoza liposomów zależy od hydrofilowości na ich powierzchni. Obecność gangliozydów i PI powoduje zmniejszenie wychwytu liposomów przez MPS i wydłużenie czasu krążenia. Czas krążenia liposomów zależy również od płynności błony. Liposomy o sztywnej dwuwarstwie mają zmniejszony klirens przez MPS. Dodatek PL o wysokim Tc (np. DSPC) i sztywnych (np. sfingomieliny) powoduje poprawę czasu krążenia liposomów. Obecność bardziej stabilnego wiązania amidowego (trudnego do przerwania in vivo) i potencjał międzycząsteczkowego wiązania wodorowego sprawiają, że solidna dwuwarstwa lipidowa liposomu.

Ostatnio czas krążenia liposomów został poprawiony przez PEGylację na powierzchni. Ale PEGylowane liposomy są również związane z przyspieszonym zjawiskiem klirensu krwi przy wielokrotnym wstrzykiwaniu. Tworzenie się anty-PEG IgM sprzyja szybkiemu wykrywaniu i usuwaniu PEGylowanych liposomów przy kolejnych ekspozycjach. To zjawisko ABC liposomów stwierdzono w większym stopniu dla nienasyconych PL (np. SPC, EPC i sfingomieliny jaja) niż dla nasyconych PL (np. DPPC i HSPC). Zjawisko ABC można zaobserwować również w przypadku konwencjonalnych liposomów. Jednakże, w przeciwieństwie do liposomów PEGylowanych, konwencjonalne liposomy wywołują zjawisko ABC tylko przy wysokiej dawce (5 μmol/kg), a nie przy niższej dawce lipidu 0,001 μmol/kg .

Lipid kationowy dimetylo-dioktadecyloamoniowy (DDA) był również stosowany do tworzenia liposomów kationowych. Zaletą liposomów kationowych jest lepsze wchłanianie przez komórki, ale jednocześnie kationowa natura ogranicza ich zastosowanie ze względu na niepożądaną toksyczność. Yusuf i wsp. opracowali nowy liofilizowany liposom łącząc oba lipidy kationowe DDA i TPGS. Wchłanianie tych liposomów przez komórki zostało poprawione dzięki poślizgowi nanocząstek przez śluz dzięki obecności TPGS i elektrostatycznemu przyciąganiu pomiędzy kationowym lipidem a ujemnie naładowaną błoną śluzową nosa. Liposomy kationowe wiążą się również z anionowym DNA i tworzą neutralny system znany jako „Lipoplex” do dostarczania genów.

Cholesterol jest również dodawany do formulacji liposomów z PLs jako dodatek stabilizujący membranę. Obecność cholesterolu w dwuwarstwie lipidowej poprawia stabilność liposomów, a także zmniejsza przepuszczalność dwuwarstwy. Ta zmiana przepuszczalności dwuwarstwy skutkuje zmniejszeniem wycieku zamkniętego leku podczas krążenia.

Hu i wsp. przygotowali hybrydowe nanocząstki poprzez połączenie liposomów 1,2-dioleoilo-3-trimetyloamoniowo-propanowych (DOTAP) i PLGA z różnymi stężeniami cholesterolu. Obecność cholesterolu promowała fuzję pomiędzy nanocząstkami, a w bardzo wysokim stężeniu mogła również spowalniać uwalnianie antygenu. Ponadto, fuzja nanocząstek podczas przechowywania została uniemożliwiona przez PEGylację z DSPE-PEG. Liposomy mogą być również modyfikowane do różnych typów poprzez dodanie określonego dodatku, np. etosomy, kubosomy, itp. PLs mogą być również stosowane jako emulgator w formulacjach nanoemulsyjnych. Intralipid był pierwszą bezpieczną żywieniową emulsją tłuszczową do podawania dożylnego, która zawierała fosfolipidy jaj jako emulgator. Oprócz EP jako emulgator do nanoemulsji stosowana jest również lecytyna jajeczna. Jednak naturalna lecytyna może również ulec przekształceniu do lizofosfolipidów, które mogą powodować hemolizę po podaniu dożylnym. Lenzo i wsp. opisali zachowanie emulgujące różnych PL, takich jak EPC, fosfatydylocholina dioleoilowa (DOPC), fosfatydylocholina dimyristoilowa (DMPC), 1-palmitoilo-2-oleoilofosfatydylocholina (POPC) i DPPC. Stwierdzono odmienny typ szlaku metabolizmu dla różnych PLs. Szybkość eliminacji emulsji zawierających DPPC była najwolniejsza z powodu braku hydrolizy z udziałem lipazy lipoproteinowej i asocjacji z lipoproteinami o dużej gęstości. Ponadto, obecność sfingomielin w nanoemulsji może również wydłużać czas krążenia i zmniejszać wychwyt wątrobowy. Sfingomieliny są również ważnym elementem powierzchni lipoprotein i zapobiegają wiązaniu apolipoproteiny E z emulsją, a także zmniejszają hydrolizę lipoprotein pod wpływem lipazy. Dodatkowo, preferowane jest również połączenie jajowych PLs z syntetycznymi surfaktantami, takimi jak pluronic F68. Tran i wsp. również badali efekt włączenia SPC do SEDDS. Zaobserwowali wzrost wielkości kropli w obecności SPC, ale w znaczących zmianach obserwowanych w biodostępności .

Dzięki ich amfifilowej naturze, PLs mogą również tworzyć micele przy lub powyżej pewnej wartości CMC. Połączenie PC i soli żółci może tworzyć mieszany system micelarny, który działa jak system dostarczania poprzez enkapsulację słabo rozpuszczalnych leków. Chociaż PC jest generalnie nierozpuszczalny w wodzie, mieszane micele z solami żółci tworzą klarowny roztwór i sprzyjają adsorpcji leków lipofilowych. Podobnie, mieszane micele na bazie SPC i kwasu glikocholowego również wykazują lepszą stabilność i kompatybilność i są dostępne w handlu jako Valium i Konakion . Mieszaniny PE i PEG mogą również tworzyć stabilizowane sterycznie micele zamiast liposomów, jeśli ich zawartość przekracza pewne limity. Pozostałości PEG na powierzchni mogą zapobiegać wychwytowi MPS, a rdzeń PL może zapewnić stabilność SMM. Również okres półtrwania SMM w krążeniu może być skrócony przez zastąpienie DSPE jako składnika lipidowego przez DOPE . Zdolność SMM do solubilizacji jest jednak ograniczona dla leków słabo rozpuszczalnych w wodzie. Dodanie optymalnej proporcji EPC do PE-PEG SMM może zwiększyć potencjał solubilizacyjny.

Niektóre leki, takie jak flawonoidy, mają szczególne powinowactwo do fosfolipidów i mogą tworzyć kompleksy znane również jako fitosomy. Te PL i kompleksy leków mają lepszą absorpcję przez membranę GI, poprawiając w ten sposób biodostępność leku macierzystego. Stabilność leków jest również poprawiona w formie kompleksowej z przedłużeniem działania leku.

Turk et al. opracował HLPNs do dostarczania leku hydrofobowego przy użyciu DSPE-PEG i PLGA. PLGA utworzył hydrofobowy rdzeń, w którym uwięziony został hydrofobowy lek, a DSPE utworzył otoczkę wokół rdzenia. Podobnie, SPC jest również wykorzystywane do tworzenia nanopowłoki wokół rdzenia PLGA w celu dostarczenia metotreksatu. Obecność PLs na powierzchni HLPNs może naśladować błonę biologiczną i pomóc w lepszej penetracji przez nią. Innym rodzajem HLPN z udziałem PLs są mezoporowate nanocząstki krzemionkowe z otoczką PL. Zhang i wsp. opracowali takie nanocząstki posiadające rdzeń z mezoporowatej krzemionki do enkapsulacji leków otoczony kationowym PL, co pozwala na przedłużone uwalnianie leku. Na najbardziej zewnętrznej powierzchni nanocząstek nanocząstek dołączyli kolejną warstwę ujemnie naładowanego karboksymetylowego chitozanu, który reguluje zależne od pH uwalnianie leku. Zhang i wsp. opracowali również HLPNs posiadające rdzeń z mezoporowatej krzemionki załadowany doksorubicyną i pokryty termoreaktywną warstwą PL zawierającą DPPC/DSPC/cholesterol/DSPE-PEG . Ten system HLPN zapobiega przedwczesnemu uwalnianiu leku z mezoporowatej krzemionki i uwalnia lek szybciej tylko przy pH 5, w porównaniu z pH 7,4.

.