Εφαρμογή της τεχνολογίας των λιποσωμάτων και δενδριμερών στο σχεδιασμό και τη μελέτη νέων χιμαιρικών νανοσυστημάτων μεταφοράς του αντικαρκινικού φαρμάκου δοξορουβικίνη

Abstract

A plethora of drug molecules with significant biological activity, both in vitro and in vivo, have been found to be inactive during clinical trials. Nanotechnology seems to be the multiscientific field that will permit the clinical application of many of the above molecules. The formulation of a drug molecule with nanocarriers may alter the ADME (Administration, bioDistribution, Metabolism, Exertion) profile of the drug to a large extent. A new approach for nanocarrier design is the development of chimeric drug delivery systems that result from the combination of nanoparticles. The main representative category of chimeric drug delivery systems is liposomal locked-in dendrimers (LLDs) that result from the combination of liposomes and dendrimers. LLDs have been successfully developed in the past but there is a gap in the literature concerning the interactions of the parts of the final nanocarrier; information that is necessary for the rational design of such nanosystems. In the present study two new polyester-polyether dendrimers of generation one and two were synthesized. These dendrimers, as well as generation 3,5 commercial polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, were incorporated into lipid bilayers or liposomes consisting of dipalmitoyl phosphatidylcholine and phosphatidylglcerol (DPPC-DPPG) and the interactions between dendrimers and lipids were studied with methods of thermal analysis, Raman spectroscopy and fluorescence spectroscopy. The derived information served as a basis for the incorporation of dendrimers into liposomes of various compositions and the final products (LLDs) were subjected to lyophilization. After reconstitution, the anticancer drug doxorubicin was loaded to both pure liposomes and LLDs and the interaction of the components of the final nanosystem, the in vitro release of doxorubicin and the in vitro pharmacological activity against human breast cancer cell lines were evaluated. The results that concern the interaction of the components of the nanocarrier were evaluated as very important and were correlated to the doxorubicin release rate.LLDs seem to be a very promising category of chimeric drug delivery systems. The rational choice of dendrimers and lipidic composition of liposomes may lead to original drug delivery sytems of the LLD category that may present controlled release rate and enhanced therapeutic index. The understanding of the dynamics and kinetics of the components of the LLD nanocarriers with thermal analysis and spectroscopic methods may lead to the development of novel drugs against cancer and other diseases.

Μια πληθώρα φαρμακομορίων με σημαντική βιολογική δράση, τόσο in vitro όσο και in vivo, έχουν αποδειχτεί ανενεργά κατά τη διάρκεια των κλινικών δοκιμών. Η νανοτεχνολογία φαίνεται να είναι το διεπιστημονικό πεδίο το οποίο θα επιτρέψει την κλινική χρήση πολλών από αυτά τα μόρια καθώς η μορφοποίησή τους σε νανοφορείς μπορεί να μεταβάλλει σε μεγάλο βαθμό τα χαρακτηριστικά των φαρμακομορίων που σχετίζονται με την απορρόφηση, τη βιοκατανομή, το μεταβολισμό και την απέκκρισή τους από τον οργανισμό. Μία νέα προσέγγιση δημιουργίας νανοφορέων σε αυτή την κατεύθυνση είναι η ανάπτυξη χιμαιρικώνσυστημάτων μεταφοράς φαρμάκων, η οποία προκύπτει από το συνδυασμό νανοσωματιδίων. Κύριος εκπρόσωπος των χιμαιρικών συστημάτων μεταφοράς φαρμακομορίων είναι τα Λιποσωμιακά Εγκλεισμένα Δενδριμερή (ΛΕΔ) που προκύπτουν από το συνδυασμό ιποσωμάτων και δενδριμερών. Τα ΛΕΔ έχουν παρασκευαστεί με επιτυχία στο παρελθόν αλλά υπάρχει σημαντικό κενό στη βιβλιογραφία όσον αφορά τις αλληλεπιδράσεις των επιμέρους συστημάτων του τελικού νανοφορέα του φαρμακομορίου, πληροφορία απαραίτητη για τον ορθολογικό σχεδιασμό του.Στην παρούσα μελέτη έγινε σύνθεση νέων πολυεστερικών-πολυαιθερικών δενδριμερών πρώτης και δεύτερης γενιάς. Τα δενδριμερή αυτά, καθώς και το εμπορικό δενδριμερές της οικογένειας των πολυαμιδοαμινών (ΡΑΜΑΜ) γενιάς 3,5 ενσωματώθηκαν σε λιπιδικές διπλοστιβάδες ή λιποσώματα αποτελούμενα από διπαλμιτική φωσφατιδυλοχολίνη και φωσφατιδυλογλυκερόλη (DPPC-DPPG) και μελετήθηκαν οι αλληλεπιδράσεις δενδριμερών-λιπιδίων με μεθόδους θερμικής ανάλυσης, φασματοσκοπίας Raman και φασματοσκοπίας φθορισμού. Με βάση τις πληροφορίες που προέκυψαν, τα δενδριμερή ενσωματώθηκαν σε λιποσώματα διαφόρων συστάσεων και τα τελικά προϊόντα (ΛΕΔ) λυοφιλοποιήθηκαν. Μετά την ανάκτηση των ΛΕΔ από τα λυοφιλοποιημένα προϊόντα έγινε εγκλωβισμός του αντικαρκινικού φαρμάκου δοξορουβικίνη. Αξιολογήθηκε τόσο η αλληλεπίδραση των συστατικών του τελικού νανοφορέα ΛΕΔ όσο και η in vitro αποδέσμευση της δοξορουβικίνης και η in vitro φαρμακολογική δράση των σκευασμάτων σε ανθρώπινες καρκινικές σειρές. Τα αποτελέσματα που αφορούν την αλληλεπίδραση των συστατικών του νανοφορέα αξιολογήθηκαν ως πολύ σημαντικά και συσχετίστηκαν με το ρυθμό αποδέσμευσης της δοξορουβικίνης. Τα ΛΕΔ αποτελούν μία πολλά υποσχόμενη κατηγορία χιμαιρικών συστημάτων μεταφοράς φαρμακομορίων. Η ορθολογική επιλογή των δενδριμερών και της λιπιδικής σύστασης των λιποσωμάτων μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία πρωτότυπων συστημάτων μεταφοράς φαρμακομορίων της κατηγορίας των ΛΕΔ τα οποία να εμφανίζουν ελεγχόμενη αποδέσμευση και βελτιωμένη θεραπευτική αποτελεσματικότητα. Η κατανόηση της δυναμικής αλλά και της κινητικής των επιμέρους συστημάτων των ΛΕΔ νανοφορέων με μεθόδους θερμικής ανάλυσης και φασματοσκοπίας μπορεί να οδηγήσει στον σχεδιασμό καινοτόμων φαρμάκων κατάτου καρκίνου αλλά και άλλων νόσων.