Όπως αναφέρθηκε, η νανοτεχνολογία έχει πρόσφατα αρχίσει να έχει αντίκτυπο και στη χορήγηση φαρμάκων. Ωστόσο, πολλά από τα τρέχοντα “νανο” συστήματα χορήγησης φαρμάκων αποτελούν υπολείμματα των συμβατικών συστημάτων παροχής φαρμάκων που τυχαίνει να βρίσκονται στην κλίμακα των νανομέτρων, όπως είναι τα λιποσώματα, τα πολυμερή μικύλλια, τα νανοσωματίδια, τα δενδριμερή και οι νανοκρύσταλλοι. Τα λιποσώματα και τα πολυμερή μικκύλια παρασκευάστηκαν για πρώτη φορά στα 1960, ενώ τα νανοσωματίδια και τα δενδριμερή στα 1970. Τα κολλοειδή σωματίδια χρυσού μεγέθους νανομέτρων παρασκευάστηκαν πρώτα από το Michael Faraday πάνω από 150 χρόνια πριν, αλλά ποτέ μέχρι πρόσφατα δεν αναφέρονταν ή δε συνδέονταν με τα νανοσωματίδια ή τη νανοτεχνολογία.
Πριν περίπου τρεις δεκαετίες, γίνονταν σύζευξη κολλοειδών σωματιδίων χρυσού με το αντίσωμα για στοχευόμενη χρώση, γνωστή ως ανοσοσήμανση με κολλοειδή χρυσό [1, 2]. Μια τέτοια εφαρμογή μπορεί να θεωρηθεί ως πρόδρομος των πρόσφατων επαναστατικών εφαρμογών των σωματιδίων χρυσού στη νανοτεχνολογία. Η σημασία της νανοτεχνολογίας στη χορήγηση φαρμάκων έγκειται στην ικανότητα χειρισμού μορίων και υπερμοριακών δομών για την παρασκευή συσκευών με προγραμματισμένες λειτουργίες. Τα συμβατικά λιποσώματα, πολυμερή μικκύλια και νανοσωματίδια ονομάζονται πλέον “νανοοχήματα,” και αυτό, για να κυριολεκτήσουμε, είναι ορθό μόνο στην κλίμακα μεγέθους. Τα συμβατικά αυτά συστήματα χορήγησης φαρμάκων, θα είχαν εξελιχθεί σήμερα, ανεξάρτητα από την τρέχουσα επανάσταση της νανοτεχνολογίας. Για να μπορέσουμε να εκτιμήσουμε την πραγματική σημασία της νανοτεχνολογίας στη χορήγηση φαρμάκων, είναι σημαντικό να ταξινομήσουμε τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων με βάση το χρονικό διάστημα που εκπροσωπούνται, πριν και μετά την επανάσταση της νανοτεχνολογίας.
Πριν και μετά την επανάσταση της νανοτεχνολογίας
Όπως φαίνεται στον πίνακα 1, οι τεχνολογίες χορήγησης φαρμάκων μπορούν να ταξινομηθούν σε 3 κατηγορίες, με βάση την υπάρχουσα επανάσταση στον τομέα της νανοτεχνολογίας: πριν την επανάσταση της νανοτεχνολογίας (παρελθόν), τρέχουσα μεταβατική περίοδος (παρόν) και προχωρημένη νανοτεχνολογία (μέλλον).
Τα παραδείγματα των συστημάτων παροχής φαρμάκων του παρελθόντος (πριν από την τρέχουσα επανάσταση της νανοτεχνολογίας), όπως αναφέρθηκε παραπάνω, είναι τα λιποσώματα, τα πολυμερικά μικύλλια, τα νανοσωματίδια, τα δενδριμερή και οι νανοκρύσταλλοι. Τα σημερινά συστήματα παροχής φαρμάκων περιλαμβάνουν μικροτσίπ, διαδερμικά θεραπευτικά συστήματα που βασίζονται στη χρήση μικροβελόνας, συστήματα 2 στρωμάτων καθώς και διάφορα μικροσωματίδια που παράγονται με την τεχνολογία έγχυσης μελάνης. Οι προσπάθειες έχουν ξεκινήσει πολύ πρόσφατα και ήδη έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι κατασκευής.
Το μέλλον των συστημάτων χορήγησης φαρμάκων, όσον αφορά τη νανοτεχνολογία, είναι η ανάπτυξη νανο / μικρο διαδικασιών που να μπορούν να αναπαράγουν γρήγορα και με μεγάλη απόδοση τα νανο / μικρο συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Η σημερινή τεχνολογία κατασκευής και παραγωγής της μηχανικής υλικών στη νανο / μικρο-κλίμακα είναι αρκετά προηγμένη ώστε να αναπτύξει διεργασίες νανο / μικρο-κλίμακας με σκοπό την παραγωγή και άλλων προϊόντων εκτός των ημιαγωγών [3]. Φανταστείτε ότι οι τρέχουσες κάψουλες μαλακής ζελατίνης, που βρίσκονται στην κλίμακα εκατοστών, κατασκευάζονται στην νανο / μικρο κλίμακα.
Τι μπορεί να κάνει η νανοτεχνολογία στον τομέα χορήγησης φαρμάκων;
Είναι όντως μία δικαιολογημένη και σημαντική ερώτηση το αν η νανοτεχνολογία πραγματικά θα επιφέρει κλινικά χρήσιμα συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Η απάντηση είναι καταφατική, οδηγώντας σε μια πιο κατάλληλη ερώτηση: «πότε θα γίνει αυτό». Θεωρητικά, θα έπρεπε να είχε ήδη συμβεί, καθώς οι επιστήμονες που κατασκευάζουν τις νανοσυσκευές θα μπορούσαν να συνεργαστούν με εκείνους που ασχολούνται σε μεγάλο βαθμό με τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων, για την κατασκευή κλινικά χρήσιμων νανο / μικρο-φαρμακευτικών σκευασμάτων. Ωστόσο, αυτό δεν έχει συμβεί ακόμη. Ένας από τους λόγους είναι η υπερβολική εμμονή με τη νανοκλίμακα, που οδήγησε τους επιστήμονες στο να παραβλέψουν τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων μικροκλίμακας. Τα κλινικώς χρήσιμα συστήματα παροχής φαρμάκου πρέπει να μεταφέρουν μια συγκεκριμένη ποσότητα του φαρμάκου που να είναι θεραπευτικώς αποτελεσματική, και συχνά κατά τη διάρκεια μιας εκτεταμένης χρονικής περιόδου. Οι απαιτήσεις αυτές μπορούν να καλυφθούν από τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων μικρο-κλίμακας, που κατασκευάζονται με τη νανοτεχνολογία. Επιπλέον, έχει δοθεί ελάχιστη προσοχή στο γεγονός ότι για να εισαχθούν τα συστήματα στο ανθρώπινο σώμα απαιτείται έγκριση από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA).
Για να περιγράψει κανείς τι μπορεί να κάνει η νανοτεχνολογία για την παραγωγή νανο / μικρο συστημάτων χορήγησης φαρμάκων, μπορεί να χρησιμοποιήσει την κατασκευή νανο / μικρο-σωματιδίων (ή καψουλών) ως παράδειγμα. Οι τρέχουσες μέθοδοι παρασκευής νανο / μικρο-σωματιδίων βασίζονται κυρίως σε μεθόδους διπλού γαλακτώματος ή τεχνικής ανταλλαγής διαλύτη [4]. Τα κύρια προβλήματα με τις τρέχουσες μεθόδους είναι η χαμηλή ικανότητα φόρτωσης φαρμάκου, η χαμηλή απόδοση φόρτωσης και η μικρή ικανότητα ελέγχου της κατανομής μεγέθους. Η αξιοποίηση των νανοτεχνολογιών, όπως είναι το νανομοτίβο, θα μπορούσε να επιτρέψει την κατασκευή νανο / μικρο-σωματιδίων, με υψηλή απόδοση φόρτωσης και εξαιρετικά ομοιογενή μεγέθη σωματιδίων.
Η αποδοχή της νανοτεχνολογίας από τη φαρμακευτική βιομηχανία
Ένα από τα θέματα της Nanomedicine Roadamap Initiative είναι o ανασχεδιασμός της κλινικής έρευνας των επιχειρήσεων μέσω μεταφραστικής έρευνας που διευκολύνει την μετάφραση της έρευνας από τις βασικές ανακαλύψεις στις κλινικές μελέτες [1]. Ο τελικός στόχος εφαρμογής των νανο συστημάτων διανομής φαρμάκων είναι να αναπτύξει κλινικώς χρήσιμα σκευάσματα για τη θεραπεία ασθενειών. Οι κλινικές εφαρμογές απαιτούν έγκριση από τον οργανισμό διαχείρισης τροφίμων και φαρμάκων (FDA). Η φαρμακευτική βιομηχανία καθυστερεί την αξιοποίηση νέων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων, στην περίπτωση που περιλαμβάνουν στοιχεία (που ονομάζονται επίσης έκδοχα) που γενικά δε θεωρούνται ασφαλή. Το να περάσει μία νέα χημική ουσία από κλινικές μελέτες προκειμένου να πάρει έγκριση από τον FDA αποτελεί μία χρονοβόρα αλλά και δαπανηρή διαδικασία. Υπάρχει σκεπτικισμός στη βιομηχανία, όσον αφορά την προσθήκη μη δοκιμασμένων υλικών που ενδέχεται να απαιτούν να ζητηθεί έγκριση για τη χρήση τους. Προκειμένου να ξεπεραστεί η απρόθυμη αυτή στάση εκ μέρους της βιομηχανίας, οι επιστήμονες πρέπει να αναπτύξουν νέα συστήματα διανομής που να είναι σε σημαντικό βαθμό καλύτερα από τα υπάρχοντα. Η αναζήτηση της απαιτούμενης έγκρισης δε θα έχει νόημα αν υπάρξει μόνο οριακή αύξηση στις λειτουργίες. Η νανοτεχνολογία έχει δυνατότητες να κάνει ακριβώς αυτό: αύξηση της αποτελεσματικότητας κατά τάξεις μεγέθους. Για παράδειγμα, μπορούν να αναπτυχθούν νανο / μικρο συσκευές και για τη διάγνωση και για τη θεραπεία (theragnosis) με τη χρήση μιας μόνο συσκευής και τέτοιες συσκευές είναι πολλά υποσχόμενες στην εξατομικευμένη ιατρική [5].
Ώριμη νανοτεχνολογία στη χορήγηση φαρμάκων
Η νανοτεχνολογία εμφανίζει μεγάλες δυνατότητες στο να φέρει την επανάσταση στη χορήγηση φαρμάκων, αλλά η συνειδητοποίηση ενός τέτοιου δυναμικού απαιτεί εναρμονισμένες προσπάθειες μεταξύ των επιστημόνων των διαφόρων κλάδων, καθώς και τη συνεχή υποστήριξη χρηματοδοτικών φορέων. Όπως φαίνεται στον πίνακα 1, το μέλλον των, βασιζόμενων στην νανοτεχνολογία, συστημάτων απελευθέρωσης φαρμάκων εξαρτάται από την ικανότητα της ανάπτυξης της παραγωγής μέσω νανο/μικρο κατασκευών. Απαιτείται, λοιπόν, ο σχεδιασμός των όσο το δυνατό απλούστερων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων και αυτό θα είναι δυνατό μόνο μέσω της στενής επικοινωνίας μεταξύ των μηχανικών που ασχολούνται με τις νανοδομές και των επιστημόνων χορήγησης φαρμάκων. Η νανοτεχνολογία στη χορήγηση φαρμάκων θα ωριμάσει γρηγορότερα και θα γίνει πιο χρήσιμη εφόσον εκτιμάται ότι οι πραγματικές δυνατότητες της νανοτεχνολογίας στη χορήγηση φαρμάκων βασίζονται στην χρησιμοποίηση νανο / μικρο κατασκευών και παραγωγής, παρά στη χρήση συστημάτων χορήγησης νανο/μικρο κλίμακας.
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
Παραδείγματα τεχνολογιών χορήγησης φαρμάκων σε σχέση με την τρέχουσα επανάσταση της νανοτεχνολογίας
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
http://nihroadmap.nih.gov/initiatives.asp
- Larsson LI. Simultaneous ultrastructural demonstration of multiple peptides in endocrine cells by a novel immunocytochemical method. Nature 1979;282:743-746. [PubMed: 229417]
- Jackson, MJ. Microfabrication and Nanomanufacturing. Taylor & Francis;Boca Raton: 2006
- Freitas S, Merkle HP, Gander B. Microencapsulation by solvent extraction/evaporation: reviewing the state of the art of microsphere preparation process technology. J Control Release 2005;102:313-332. [PubMed: 15653154]
- Ozdemir V, Williams-Jones B, Glatt SJ, Tsuang MT, Lohr JB, Reist C. Shifting emphasis from pharmacogenomics to theragnostics. Nat Biotechnol 2006;24:942-946. [PubMed: 16900136]
*Μαρία Γαζούλη, PhD, Επικ Καθηγ Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Χριστίνα Καραντάνου, Bιολόγος
POST A COMMENT.