PDF - Journal of Neurological Sciences

PDF - Journal of Neurological Sciences

J.Neurol.Sci.[Turk]
Journal of Neurological Sciences [Turkish] 24:(3)# 12;254-263, 2007
http://www.jns.dergisi.org/text.php3?id=166
Derleme
Beyne İlaç Hedeflendirilmesinde Nanopartiküler İlaç Taşıyıcı Sistemler
Ceyda Tuba ŞENGEL-TÜRK, Canan HASÇİÇEK, Nurşin GÖNÜL
Ankara Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, Farmasötik Teknoloji, Ankara, Türkiye
Özet
Santral Sinir Sistemi hastalıklarının tedavisindeki en önemli problem, aktif maddelerin beyne
sınırlı geçişleridir. Bu sınırlı geçişin nedeni ise beyin kapiller endoteli tarafından oluşturulan
kan beyin engelidir. Son yıllarda, kan beyin engelinin aşılmasına yönelik çeşitli farmasötik
stratejiler geliştirilmiştir. Bunlardan en önemlisi, nanopartiküller gibi kolloidal aktif madde
taşıyıcı sistemler kullanılarak beyne ilaç hedeflendirilmesidir. Bu derlemede; kan beyin
engelinin fizyolojisi ve yapısı ile beyine hedeflenen aktif madde taşıyıcı sistemler olarak
kullanılan nanopartiküller, teknolojileri ve beyne geçiş mekanizmaları değerlendirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Nanopartiküler İlaç Taşıyıcı Sistemler, Beyin, Kan Beyin Engeli
Nanoparticulate Drug Delivery Systems For Targeting The Drugs To The Brain
Abstract
A major problem in the treatment of Central Nervous System diseases is the limited entry of
the drugs into the brain. The basis for that restricted access is the blood brain barrier, which is
formed by the brain capillary endothelium. In recent years, several pharmaceutical strategies
have been developed to overcome blood brain barrier. The major of them is a drug targeting
to the brain using colloidal drug carrier systems such as nanoparticles. In this review;
physiology and structure of blood brain barrier and nanoparticles, its technologies and
transport mechanisms to the brain used as brain targeted drug delivery systems were
evaluated.
Keywords: Nanoparticulate Drug Delivery Systems, Brain, Blood Brain Barrier
hücrelerindeki sıkı kavşakların varlığından
dolayı
sınırlanmaktadır.
Günümüzde
Parkinson, Alzheimer ve beyin tümörleri
gibi pek çok santral sinir sistemi
hastalığının tedavisinde, kan beyin
engelinin aşılabilmesi için, nanopartiküller
gibi polimerik ve vücutla uyumlu aktif
madde taşıyıcı sistemlerin kullanılabilirliği
yoğun bir şekilde araştırılmaktadır (13,14,37).
GİRİŞ
Nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların
farmakolojik tedavisindeki en önemli
zorluklardan biri, terapötik amaçla
kullanılan
aktif
maddelerin
beyne
taşınması, özellikle hedeflenen belirli bir
bölgeye ulaştırılıp sabit bir hızla salımının
sağlanmasıdır.
Bu
sorunun
ortaya
çıkmasında ve çoğu maddenin geçişinin
engellenmesinde rol oynayan en önemli
faktör ise kan beyin engelidir (9,11,42).
Santral sinir sistemi hastalıklarının
tedavisine yönelik geliştirilen terapötik
stratejiler, kan beyin engelinin endotel
Kan Beyin Engeli
Beyni diğer organlardan farklı kılan
anatomik ve fizyolojik özelliklerinden
belki de en önemlisi özel yapıdaki damar
sistemi ve vasküler yüzeyleridir. Kan beyin
254
J.Neurol.Sci.[Turk]
arasında yer almaktadır (11,37). Kan beyin
engeli varlığında, santral sinir sistemi
hastalıklarının tedavisi için keşfedilmiş
aktif maddelerin %98'inden fazlası
sistemik uygulamayı takiben beyin içine
geçememektedir. Bir aktif maddenin kan
beyin engelinden geçebilmesi için;
engeli; beyin kapilerlerinin luminal
yüzeyini oluşturan ve sıkı kavşaklar ile
birbirine bağlanan endotel hücrelerinden
meydana gelen bir engeldir (2,23,24,29,37).
Kan beyin engeli, beynin, patojenlere ve
toksinlere karşı geliştirdiği homeostatik bir
savunma mekanizmasıdır. Kompleks ve
oldukça düzenli yapıdaki kan beyin engeli,
periferindeki maddelerin biyokimyasal,
fizikokimyasal ve yapısal özelliklerini
koruyarak beyin parankiması içine istenen
moleküllerin geçişinde bariyer seçiciliğini
oluşturmaktadır. Bir başka deyişle kan
beyin engeli, merkezi sinir sisteminin
normal fonksiyonunun devamını sağlayan
temel difüzyon engelidir ve beyin hacmini
devam ettirir. Serebrovasküler endotel
tarafından oluşturulan fiziksel, aynı
zamanda sinirsel ve humoral uyarılardan
etkilenen dinamik bir engeldir. Bu bariyer
seçici, dinamik bir filtre görevi görerek
antibiyotikler,
antineoplastik
ajanlar,
peptit-proteinler özellikle de nöropeptitler
ve diğer oligo- ve makro-moleküler aktif
maddeler gibi çok sayıdaki, çoğu suda
çözünür aktif maddelerin merkezi sinir
sistemine geçişini engellemektedir. Bu
maddeler beyne geçseler bile beyindeki
dağılımlarının
kontrol
edilmesinde
belirsizlikler ortaya çıkmaktadır (2,9,13,14,2224,29,37,42)
.
• Lipitte çözünür olması,
• Fizyolojik pH'da iyonize olmamış
durumda bulunması,
• Düşük molekül ağırlıklığına sahip olması,
• Serum proteinlerine düşük oranda
bağlanması,
gerekmektedir.
Bu fizikokimyasal özelliklere sahip olan
aktif maddeler, kan beyin engelini
difüzyon mekanizması ile geçebilirler. Kan
beyin engelinden aktif maddelerin
geçişinde lokal serebral kan akımı hızının,
değişim yapılacak kapiller yüzey alanının
ve kan beyin engelinin bütünlüğünün de
önemi vardır (2,9,11,13,14,29,37,42,48). Şekil 1'de
farklı aktif maddelerin, kan beyin
engelinden geçişlerinde rol oynayan çeşitli
geçiş mekanizmaları yer almaktadır.
Küçük lipofilik moleküller kapillerlerden
en kolay geçenlerdir. Suda çözünen
ajanların geçişleri kan beyin engelinde yer
alan sıkı kavşaklar nedeniyle oldukça
sınırlandırılmıştır. Hekzos yapısındaki
şekerler (D-glikoz gibi), bazı aminoasitler,
pürinler ve monokarboksilli asitler gibi
çeşitli endojen maddeler veya yapıca
bunlara benzeyen aktif maddeler beyin
kapillerlerini
aktif
transport
veya
kolaylaştırılmış difüzyonla geçmektedirler.
Beyin kapiller endoteli membranında; Dglikoza ve belirli hekzoslara, büyük
moleküllü nötral, asidik ve bazik
aminoasitlere
özgü
çeşitli
taşıyıcı
proteinler yer almaktadır.
Kan ve beyin arasında seçici geçirgen bir
bariyer olduğu ilk kez 1880 yılında PaulEhrlich tarafından bulunmuştur. Ehrlich,
tripan mavisi adlı doku boyasını damar
içine vererek, tüm organların boyandığını,
yalnızca
beynin
boyanmadığını
göstermiştir. Bu deney kan ve beyni ayıran
seçici geçirgen bir zar olduğunu
göstermiştir (22,29).
Kan beyin engelinde yer alan sıkı
kavşaklar, endotel hücreleri arasındaki
elektriksel direnci artırmak suretiyle
transsellüler yol ile beyin içine madde
girişini
kısıtlamaktadır.
Bozulmamış
sağlam yapıdaki kan beyin engelinde
elektriksel direnç 8000 Ω/cm2 ve daha
yüksek değerlerde bulunurken aralıklı
endotelde bu direnç 100-200 Ω/cm2
Bununla birlikte, kan beyin engelinin
endotel hücrelerinden kolayca geçebilmek
için gerekli lipofiliteye sahip pek çok aktif
madde, MAOT (multiple organic anion
transporter), Pgp ve OAT gibi aşırı
derecede aktif olan geri akış pompaları
tarafından kan dolaşımına hızla geri
pompalanmaktadır (23,24,37).
255
J.Neurol.Sci.[Turk]
Şekil 1: Kan beyin engelindeki çeşitli geçiş mekanizmaları (37).
amaçlanan aktif maddenin yanısıra
istenmeyen yabancı maddelerin de
kontrolsüz girişine imkan tanıması
nedeniyle tehlikelere açık bir yöntemdir.
Bu yöntem, mannitol ve arabinoz gibi
osmotik
ajanların
uygun
konsantrasyonlardaki
çözeltilerinin
eksternal karotid artere infüzyonu ile
gerçekleştirilmektedir. Bu şekilde osmotik
yolla sıvı değişimi ile endotel hücreler
büzülmekte ve kan beyin engelindeki sıkı
kavşaklar geçici olarak açılmaktadır.
Kan Beyin Engelinin Aşılması İçin
Uygulanan Stratejiler
Lipofilik, fizyolojik pH'da noniyonize ve
düşük molekül ağırlıklı aktif maddeler kan
beyin engelini aşarak santral sinir
sistemine penetre olabilmektedir. Ancak
yağda çözünürlüğü zayıf olan, hidrojen
bağı yapan fonksiyonel gruplara sahip
küçük moleküller ve peptit-protein gibi
suda çözünen aktif maddelerin bariyer
aktifliğin üstesinden gelinerek santral sinir
sistemine taşınması için çeşitli yaklaşımlar
geliştirilmiştir (2,9,11,22-23,37,48,49). Bunlar;
Aktif maddelerin çeşitli kimyasal maddeler
ile lipofilik konjugatları hazırlanarak
oluşturulan önilaçlar, çok iyi bir
penetrasyona olanak veren yüksek lipofilik
özellikleri, beyne transportları ve lipofilik
endotel engeli kolaylıkla geçmeleri gibi
avantajlarının yanı sıra önilaç tasarımının
zorluğu ve yüksek maliyeti nedeniyle
uygulanabilirliği fazla olmayan bir
yaklaşımdır.
• Sıkı kavşakların ozmotik etki ile açılması
• Aktif madde modifikasyonları-önilaç
(prodrug) kullanımı
• Beyinde bulunan özel
taşıma
sistemlerinin kullanılması
• Nanopartikül ve lipozom gibi polimerik
taşıyıcıların kullanımı.
Bu stratejilerden osmotik basınç etkisi ile
sıkı kavşakların açılması, beyin içine
256
J.Neurol.Sci.[Turk]
tanınması
engellenir.
Bu
şekilde
nanopartiküllerin beyine ulaşılabilirliği
artırılır.
• Diğer kolloidal taşıyıcı sistemlerle
kıyaslandıklarında
polimerik
nanopartiküller biyolojik sıvılarda çok
daha yüksek stabiliteye sahiptirler.
• Nanopartiküller kolaylıkla sterilize
edilebilen kolloidal partiküllerdir.
• Fizyolojik ortamda parçalanabilirler ve
parçalanma ürünleri toksik değildir.
•
Küçük
partikül
boyutları
nanopartiküllerin
küçük
kapillerlere
penetrasyonuna imkan verir ve hücreler
tarafından tutulmalarını sağlar. Böylece,
vücutta hedeflenen bölgede istenen aktif
madde salımı sağlanır.
• Aktif maddenin hedef bölgede salımını
sağladıkları için, aktif maddenin, diğer
organ ve dokular üzerindeki sistemik
toksisitesini azaltırlar.
• Aktif maddenin vücutaki dağılımını ve
terapötik aktifliğini düzenlerler.
• Üretim teknikleri genel olarak basit ve
kolaydır.
Bir diğer strateji olan beyinde bulunan özel
taşıma sistemleri, kanda sirküle eden besin
ve peptitlerin beyine taşınması için
kullanılan şimerik peptitler, modifiye
edilmiş proteinler ve peptidomimetik
monoklonal antikorlar gibi vektörlerdir.
Bunlar kan beyin engelinde yer alan
biyokimyasal taşıyıcı sistemler olmaları
nedeniyle avantajlıdırlar. Bu sistemlerde
kolaylaştırılmış
transportun
avantajlarından yararlanmak için aktif
maddenin peptit veya monoklonal antikora
bağlanarak konjugatı hazırlanmaktadır. Bu
aşamada, uygun vektörün keşfi, bağlanma
stratejileri
ve
farmakokinetikleri,
reseptörlerin doygunlukları ve moleküler
seçicilikleri bu yaklaşımın önem verilmesi
gereken temel öğelerini oluşturmaktadır.
Kan
beyin
engelinin
aşılmasında
geliştirilen ve günümüzde yoğun bir
şekilde üzerinde çalışmalar yapılan bir
diğer yaklaşım ise nanopartiküller gibi
aktif madde taşıyıcı polimerik sistemlerin
tasarımıdır (2,9,11,22-24,37,42).
Nanopartiküller, büyüklükleri 10-1000 nm
(1µm) arasında olan, doğal ya da sentetik
yapıdaki polimerlerle hazırlanan polimerik
partiküler sistemlerdir. Aktif madde
taşıyıcı sistem olarak hazırlanan ve
kullanılan polimerik nanopartiküller pek
çok avantajı ile diğer kolloidal yapılı
taşıyıcı sistemlerden ayrılmaktadır. Başlıca
avantajları (8,15,19-21,30,36,43,48,50);
Nanopartikül Hazırlama Yöntemleri
Genel olarak nanopartiküllerin hazırlanmasında, aktif madde, ya sentetik veya
doğal bir polimer içine hapsedilmekte
(nanokapsül) ya da hazırlanan nanopartikül
yüzeyine adsorbe ettirilmekte veya polimer
yapı içinde çözünerek bir matriks yapısı
oluşturmaktadır (nanoküre). Hazırlanmalarında kullanılan polimerler;
•
Yüksek
aktif
madde
yükleme
kapasitesine sahiptirler. Bu şekilde, aktif
maddenin intrasellüler dağılımı artar.
• Polimerik partiküler yapı katı matriks
içine
hapsedilmiş
aktif
maddeyi
degredasyondan korur. Böylece aktif
maddenin beyine ulaşma olasılığı artar.
• Nanopartiküllerin polimerik yapıları aktif
maddenin hedeflendirilmesini, salımının
kontrolünü ve sürdürülmesini sağlar.
Hedeflenen
bölgede
injeksiyonlarını
takiben günler hatta haftalar süren bir aktif
madde salımına olanak verirler.
• Nanopartiküllerin yüzey özellikleri çeşitli
ajanlarla modifiye edilerek retiküloendotel
sistem (RES) makrofajları tarafından
1- Doğal polimerler
a- Proteinler (albumin, jelatin)
b- Polisakkaritler (aljinat,
dekstran)
kitozan,
2- Sentetik polimerler
a- Önceden sentezlenenler (polianhidrit,
polikaprolakton (PECL), polilaktik asit
(PLA), polilaktik-ko-glikolik asit (PLGA))
b- Nanopartiküllerin hazırlanması sırasında
sentezlenenler (polisiyano-akrilat (PACA),
polibütil-siyano-akrilat (PBCA))
şeklinde sınıflandırılabilir.
İlk nanopartiküller, albumin gibi doğal ve
poli (akrilamit), poli (metil metakrilat) gibi
257
J.Neurol.Sci.[Turk]
yetenekleri büyük oranda polisorbat 20 ve
80, poloksamer 184, 188, 338, 407 ve
poloksamin 908 gibi çeşitli surfaktanlar ile
yapılan
kaplama
veya
PEG
ile
gerçekleştirilen
pegilasyon
işlemi
sonucunda
yüzey
özelliklerinin
değiştirilmesinden
kaynaklanmaktadır.
Yüzey özelliklerinin modifikasyonu ile
nanopartiküller
RES
makrofajları
tarafından tanınmamakta ve bu şekilde
kandan hızlı bir şekilde uzaklaştırılmaları
da engellenmektedir (1,3,4,5,6,9,10,12-18,25-27,3335,41,44-46,49)
.
biyolojik olarak parçalanmayan sentetik
polimerlerden hazırlanmıştır. Protein bazlı
polimerlerin sakıncası bunlara karşı gelişen
antijenik yanıtlar iken biyolojik olarak
parçalanmayan sentetik polimerlerin en
önemli sakıncaları ise toksisite riskleridir.
Hazırlama
sırasında
sentezlenen
polimerler,
toksik
özellikte
olan
monomerlerin
kalabilme
olasılığı
nedeniyle bir risk taşımaktadırlar. Son
zamanlarda peptit, protein ve nükleik
asitlerin nanopartiküller ile taşınmasında
ise polisakkaritlerden yararlanılmaktadır.
Nanopartikül hazırlama yöntemleri en
genel şekliyle şunlardır (5,7,12,17,21,25,28,3134,38-41,45,47,48)
:
Kaplanmış Nanopartiküller
Nanopartiküllerin çeşitli surfaktanlarla
kaplanmasına yönelik ilk çalışmalar 1990'lı
yıllarda gerçekleşmiştir. Bu alanda
çalışılan ilk molekül ise opioid aktiviteye
sahip bir Leu-enkefalin analoğu olan
hekzapeptit
dalargindir.
Periferal
uygulamayı takiben kan beyin engelinden
geçemeyen dolayısıyla hiçbir terapötik
aktiflik gösteremeyen bu aktif madde,
poli(butilsiyanoakrilat) nanopartiküllerin
yüzeyine adsorbe ettirilip polisorbat 80 ile
kaplandıklarında kan beyin engelinden
geçişlerini takiben uygulamadan 45 dakika
sonra analjezik etki göstermişlerdir
(1,4,12,15,17,25,26,41,44-46)
. Steiniger ve ark.
tarafından 2004 yılında yapılan bir
çalışmada doksorubisin yüklü polisorbat
80
kaplı
nanopartiküllerin
beyin
tümörlerine
karşı
olan
aktifliği
incelenmiştir.
Glioblastomalı
ratlar
üzerinde yapılan kemoterapi çalışmaları
sonucunda
polisorbat
80
kaplı
nanopartiküllerin kan beyin engelinden
geçebildiğini ve taşıdıkları doksorubisinin
beyinde
terapötik
konsantrasyonlara
ulaşabildiği belirlenmiştir (44). Gelperina ve
ark. (2002) ise yaptıkları bir çalışmada
doksorubisinin
akut
toksisitesinin,
polisorbat 80 kaplı nanopartiküler yapı
içinde verilmesiyle azaldığını kanıtlamışlardır (17).
1- Misel Polimerizasyonu
2- Emülsiyon Polimerizasyonu
3Emülsiyon-Çözücü
Buharlaştırma
Yöntemi
4- Nanopresipitasyon Tekniği
5- Yüzeylerarası Polimerizasyon
6- Aktif Maddenin Nanopartiküllere
Adsorpsiyonu
7Su/Yağ
Emülsiyonunda
Isı
Denatürasyonu ve Çapraz Bağlanma
8- Sıcak Mikroemülsiyon Prekürsörleri ile
Hazırlama
Çeşitli hazırlama yöntemleri ile elde edilen
aktif madde yüklü nanopartiküllerin beyine
başarılı bir şekilde hedeflendirilmelerine
yönelik yapılan araştırmaların çoğu,
nanopartiküllerin yüzey özelliklerinin ya
uygun bir surfaktan ile kaplanarak
(kaplanmış
nanopartiküller)
ya
da
polietilen glikol (PEG) ile konjuge edilerek
(pegilasyon işlemi, PEG ile konjuge
edilmiş nanopartiküller) modifiye edilmesi
gerekliliğini
ortaya
koymaktadır.
Nanopartiküller de tıpkı lipozomlar gibi
intravenöz uygulamayı takiben RES
makrofajları tarafından kandan hızla
uzaklaştırılmaktadır (5 dakika içinde
%90'dan
fazlası).
Ancak
yapılan
araştırmalar göstermiştir ki, 40-80 nm
partikül büyüklüğüne sahip lipozomlar kan
beyin engelini geçemezlerken daha büyük
partikül boyutuna sahip nanopartiküller
kan beyin engelini geçebilmektedirler.
Nanopartiküllerin kan beyin engelini aşma
PEG
ile
Nanopartiküller
Konjuge
Edilmiş
Beyin tümörleri ve Alzheimer gibi çeşitli
santral sinir sistemi hastalıklarının aktif
258
J.Neurol.Sci.[Turk]
oluşturmaları, endotel hücrelerin luminal
membranında yer alan ve oldukça aktif
olan p-glikoprotein gibi geri akış
pompalarının varlığı dolayısıyla mümkün
değildir (11,23,24,37).
tedavisine yönelik geliştirilen bir diğer
yaklaşım ise PEG ile konjuge edilmiş
nanopartiküler ilaç taşıyıcı sistemlerdir. Bu
teknolojide, PEG, kopolimerin hidrofobik
bloğuna kovalan olarak bağlanmaktadır.
Hidrofobik çekirdeğin yüzeyindeki PEG
zincirleri ile partiküller, in-vivo ortamda
çok daha uzun dolaşım özelliği
(3,5,6,14-16,18,49,31,33,35)
.
göstermektedirler
Calvo ve ark. 2002 yılında yaptıkları bir
çalışmada, ensefalomiyelitli ratlarda PEGpolialkilsiyanoakrilat
nanopartiküllerin
aktifliğini
incelemişler
ve
PEGpolialkilsiyanoakrilat
nanopartiküllerin
santral
sinir
sistemi
içine
penetrasyonlarının çok iyi olduğunu
belirlemişlerdir (6). Brigger ve ark. ise
(2002)
hazırladıkları
PEGhekzadesilsiyanoakrilat nanopartikülleri,
gliosarkomalı
ratların
beyinlerine
hedeflemişler ve floresanslı nanopartiküllerin beynin epitel hücre-lerinde, spinal
kord yüzeyinde ve koroid fleksusun
ependimal hücrelerinde bulunduğunu
gözlemlemişlerdir (3).
2- Polisorbat 80 gibi surfaktanların ya da
PEG'in etkisi ile kan beyin engelindeki
endotel hücre membran lipitlerinin
çözünmesi sonucu kan beyin engelinin
permeabilitesi artmaktadır. Bu mekanizma,
emülsiyon polimerizasyon tekniği ile
hazırlanan
poli(bütilsiyanoakrilat)
nanopartiküllerinin başarılı bir şekilde
beyine hedeflendirilmesinde aktif rol
oynamıştır. Kreuter ve arkadaşlarının
(1995) yaptıkları bu çalışma aynı zamanda
aktif madde yüklü nanopartiküllerin beyne
in-vivo ortamde hedeflendirilmesinde
başarıya ulaşılan ilk çalışmadır. Bu şekilde
beyne taşınan ilk aktif madde ise
hekzapeptit dalargin'dir. Elde edilen
nanopartiküller farklı surfaktanlar ile
kaplanmış, bunlardan sadece polisorbat 20,
40, 60 ve 80 ile kaplanan nanopartiküller
kan beyin engelinden geçebilmiştir.
Bununla birlikte Poloxamer®184, 188,
338,
407,
Poloxamin®908,
Cremophor®EZ, Cremophor®RH 40 ve
Brij®35 gibi oldukça aktif çözünürlük
özelliğine sahip olan diğer surfaktanlar
farmakolojik açıdan aktif konsantrasyonlarda dalargin'nin beyin içine transportunu
sağlayamamışlardır (1,23,24).
Nanopartiküllerin
Kan
Beyin
Engelinden Geçiş Mekanizmaları
Nanopartiküllerin kan beyin engelinden
geçişlerinin nasıl gerçekleştiği günümüzde
cevabı hala netlik kazanmamış bir sorudur.
Bu
alanda
yapılan
çalışmalar
nanopartiküllerin kan beyin engelinden
geçişlerinin mekanizmasını açıklayan
çeşitli olasılıkların bulunduğunu ortaya
çıkarmıştır. Bu mekanizmaların başlıcaları
şunlardır;
3- Nanopartiküller kan beyin engelinde
endotel hücreler arasında yer alan sıkı
kavşakların
açılmasına
neden
olmaktadırlar. Böylece pasif difüzyon ile
geçiş
meydana
gelmektedir.
Bu
mekanizma, Oldenford metodu ile sözde
beyinde oluşan inülin boşluklarının
ölçülmesi suretiyle incelenmiştir. Örneğin,
osmotik etki ile inülin boşluklarındaki
açılma %1000-2000 oranında artmaktadır.
Bu alanda Kreuter ve arkadaşlarının (2005)
sıçan beyinlerinde yaptıkları çalışmalar
göstermiştir ki, polisorbat 80 kaplı
nanopartiküllerin uygulandığı sıçanların
beynindeki inülin boşlukları 10 dakika
sonra %10 oranında artmış ve 45 dakika
1- Nanopartiküllerin beyin kapiler
duvarına adsorpsiyonları, endotel hücre
tabakasından transportlarını artıran yüksek
bir konsantrasyon gradyanı meydana
getirmekte ve sonuç olarak kan beyin
engelinden
nanopartiküllerin
geçişi
gerçekleşmektedir. Bu mekanizma, pek
çok araştırmacı tarafından nanopartiküllerin kan beyin engelinden geçişlerinin
sağlanmasına yönelik aktif bir mekanizma
olarak kabul edilmemektedir. Nanopartiküllerin beyin kapilerlerinde tek başlarına
yüksek
bir
lokal
konsantrasyon
259
J.Neurol.Sci.[Turk]
tabakasından
transitosiz
yolu
ile
geçebilmektedirler. Bu mekanizma yani
nanopartiküllerin transitozisi hakkında çok
az şey bilinmektedir. Mekanizmanın
temelinin, nanopartiküllerin endositotik
tutulmalarını takiben partiküllerin beyin
kan
damar
endotel
hücrelerinden
transitozize
uğramaları
şeklinde
(23,24,37)
gerçekleştiği düşünülmektedir
.
sonra ise bu artış % 99'a ulaşmıştır. Bu
çalışma,
polisorbat
80
kaplı
nanopartiküllerin intravasküler inülin için
halihazırda bulunan hacmi artırmalarına
karşın kan beyin engelinde anlamlı bir
şekilde bozulmaya yol açmadığını
belirlemiştir. İnülin boşluklarında meydana
gelen bu artışın, sıkı kavşakların yavaş bir
şekilde açılmasından, endositotik olaylar
nedeniyle hücre membranının yukarıya
katlanmasından veya inülinin sıvı faz
endositozisindeki bir artıştan kaynaklandığı düşünülmektedir (23,24).
6- Kaplama ajanı olarak kullanılan
polisorbat 80 kan beyin engelinde yer alan
ve kan beyin engelinden geçmek isteyen
pek çok madde molekülünü kan dolaşımına
geri gönderen p-glikoprotein gibi geri akış
pompalarını inhibe etmekte ve böylece
nanopartiküllerin endotel hücre duvarına
adsorbsiyonunu
sağlamaktadır
(6,8,9,11,15,23,24,37)
.
4- Nanopartiküller kan beyin engelindeki
endotel hücreler tarafından endositoz veya
fagositosiz
yolu
ile
beyin
içine
alınmaktadırlar. Günümüzde pek çok
araştırmacı tarafından beyne nanopartikülaracılı aktif madde transportunu açıkladığı
kabul edilen en olası mekanizması olan bu
mekanizmanın esası ise nanopartiküllerin
endositozisi ve bu hücreler içinde aktif
maddenin salımıdır. Bu alanda yapılan
çalışmalar Apolipoprotein E'nin (ApoE)
üzerinde yoğunlaşmıştır. ApoE, LDL'nin
beyine geçişinde önemli rol oynayan bir
lipoproteindir ve kan beyin engelinde
reseptörleri bulunmaktadır. Yapılan invitro çalışmalar göstermiştir ki 37ºC'deki
insan sitrat-stabilize plazmasında 5 dakika
inkübasyondan sonra polisorbat 20, 40, 60
ve 80 kaplı nanopartiküllerin yüzeyine
ApoE
adsorbe
olmaktadır.
Ancak
kaplanmamış veya Poloxamer®338 ve
407,
Cremophor®EL
veya
Cremophor®RH40
ile
kaplanmış
nanopartiküllerde inkübasyondan sonra
ApoE
adsorbsiyonu
gözlenmemiştir.
Endositotik prosesin ApoE adsorbsiyonu
ile ilişkili olduğu düşünülmektedir.
Şöyleki, polisorbat kaplı nanopartiküllerin
kana injeksiyonundan sonra ApoE
adsorbsiyonu
gerçekleşmekte
ve
nanopartiküller LDL moleküllerini taklit
ederek endositotik proses ile kan beyin
engelinden geçmelerini sağlayan ApoE
reseptörleri ile etkileşmektedir (18,23,24,26).
Görüldüğü gibi tüm mekanizmalarda asıl
aktif olan parametre nanopartikülün yüzey
özelliklerinin uygun bir ajan ile (polisorbat
80, PEG, ApoE… gibi) modifikasyonudur.
Polisorbat 80, kan beyin engeli endotel
hücrelerinde bulunan bir glikoprotein olan
P-gp'ni inhibe etme yeteneğini de
göstermektedir. İşte Mekanizma 6, bu
prosese dayanmaktadır. Beyin kan damarı
endotel hücrelerinde bulunan geri akış
pompasının inhibisyonu sonucunda beyin
içine aktif madde yüklü nanopartiküllerin
(23)
.
transportu
gerçekleşmektedir
Günümüzde
beyine
nanopartiküller
kullanılarak gerçekleştirilen hedefleme
proseslerinde polisorbat 80 tarafından geri
akış pompalarının inhibisyonunun önemi
tam olarak bilinememektedir. Ancak
araştırıcılar
şu
ortak
bulguda
birleşmektedirler: Nanopartiküllerin beyne
transportlarının mekanizmasını açıklayan
pek çok olasılık bulunmaktadır. Bu
proseslerden bazıları birbirlerine paralel
olarak gerçekleşebildiği gibi çoğunlukla
birlikte hareket etmektedir. Polisorbat 80
tarafından geri akış pompalarının blokajı
nanopartiküllerin beyne transportlarına
sadece
yardımcı
olmaktadır,
diğer
prosesler
özellikle
endositozis
ve
transitozis çok daha büyük bir rol
oynamaktadır. Antikanserojen bir aktif
5- Aktif madde yüklü nanopartiküller kan
beyin
engelindeki
endotel
hücre
260
J.Neurol.Sci.[Turk]
Comments and feedback:
E-mail: [email protected]
URL: http://www.jns.dergisi.org
Journal of Neurological Sciences (Turkish)
Abbr: J. Neurol. Sci.[Turk]
ISSNe 1302-1664
madde olan doksorubisin üzerinde yapılan
geniş ve detaylı farmakokinetik çalışmalar
belirlemiştir ki; uygulamadan 2-4 saat
sonra diğer organların aksine beyinde aktif
bir
doksorubisin
konsantrasyonunun
görülmesi, büyük olasılıkla nanopartiküllerin, endositozis veya transitozis gibi
bir mekanizma ile kan beyin engelini
geçtiklerinin bir göstergesidir (17,23,24).
KAYNAKLAR
1.
SONUÇ
Santral sinir sistemi hastalıklarının tedavisi
için yeni geliştirilen bir çok molekül kan
beyin engelini geçememeleri nedeniyle
aktif bir şekilde hastalıkların real
tedavilerinde
kullanılamamaktadır.
Nanopartiküller, normal koşullarda kan
beyin engelini geçemeyen aktif maddelerin
kan beyin engelini aşarak beyne
taşınmalarında aktif olarak kullanılabilen
taşıyıcı sistemlerdir. Aktif maddelerin
nanopartiküller ile beyne transportlarının
mekanizması günümüzde tam anlamıyla
hala
açıklanamamıştır.
En
uygun
mekanizma olarak beyin kan kapillerleri
içindeki endotel hücreler tarafından
endositozisleri görülmektedir. Bununla
birlikte giriş mekanizmaları her ne olursa
olsun, yapılan araştırmalar, aktif madde
taşıyıcı sistemler olarak nanopartiküllerin
beyne ilaç hedeflendirilmesinde oldukça
başarılı sistemler olduklarını ve santral
sinir sistemi hastalıklarının tedavisinde
oldukça önemli bir rol oynadıklarını
göstermektedir.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
İletişim:
Nurşin Gönül
E-mail: [email protected]
9.
10.
Gönderilme Tarihi: 21 Eylül 2006
Revizyon Tarihi: 15 Aralık 2006
Kabul Tarihi: 13 Nisan 2007
11.
The Online Journal of Neurological
Sciences (Turkish) 1984-2007
This e-journal is run by Ege University
Faculty of Medicine,
Dept. of Neurological Surgery, Bornova,
Izmir-35100TR
as part of the Ege Neurological Surgery
World Wide Web service.
12.
13.
261
Alyautdin R, Gothier D, Petrov V, Kharkevich D,
Kreuter, J. Analgesic activity of the hexapeptide
dalargin adsorbed on the surface of polysorbate 80coated poly(butyl cyanoacrylate) nanoparticles. Eur
J Pharm Biopharm 1995; 41: 44-48.
Arıca B, Kaş HS. Beyine ilaç taşınması. Hacettepe
Tıp Dergisi 1997; 28: 4-14.
Brigger I, Morizet J, Aubert G, Chacun H, TerrierLacombe MJ, Couvreur P, Vassal G. Poly(ethylene
glycol)-coated hexadecylcyanoacrylate nanospheres
display a combined effect for brain tumor targeting.
J Pharm Exp Ther 2002; 303: 928-936.
Borchard G, Audus KL, Shi F, Kreuter J. Uptake of
surfactant-coated
poly(methyl
methacrylate)nanoparticles by bovine brain microvessel
endothelial cell monolayers. Int J Pharm 1989; 110:
29-35.
Calvo P, Gouritin B, Brigger I, Lasmezas C, Deslys
JP, Williams A, Andreux JP, Dormont D, Couvreur
P. PEGylated polycyanoacrylate nanoparticles as
vector for drug delivery in prion disease. J Neuros
Methods 2001; 111: 151-155.
Calvo P, Gouritin B, Villarroya H, Eclancher F,
Giannavola C, Klein C, Andreux J, Couvreur P.
Quantification and localization of PEGylated
polycyanoacrylate nanoparticles in brian and spinal
cord during experimental allergic encephalomyelitis
in rat. Eur J Neur 2005; 15: 1317-1326.
Constantino L, Gandolfi F, Tosi G, Rivasi F,
Vandelli MA, Forni F. Peptide-derivatized
biodegradable nanoparticles able to cross the
blood-brain barrier. J Cont Rel 2005; 108: 84-96.
Cui Z, Lockman PR, Atwood CS, Hsu CH, Gupte A,
Allen DD, Mumper RJ. Novel D-penicillamine
carrying nanoparticles for metal chelation therapy
in Alzheimer's and other CNS diseases. Eur J Pharm
Biopharm 2005; 59: 263-272.
Çetin M, Çapan Y. Beyne ilaç hedeflendirilmesi. Ank
Üni Ecz Fak Der 2004; 3: 287-305.
Das
D,
Lin
S.
Double-coated
poly(butylcyanoacrylate) nanoparticulate delivery
systems for brain targeting of dalargin via oral
administration. J Pharm Sci 2005; 94: 1343-1353.
Fricker G. Overcoming MDR at the blood-brain
barrier. Int Cong Ser 2005; 1277: 131-143.
Friese A, Seiller E, Quack G, Lorenz B, Kreuter J.
Increase of the duration of the anticonvulsive
activity of a novel NMDA receptor antagonist using
poly(butylcyanoacrylate) nanoparticles as a
parenteral controlled release system. Eur J Pharm
Biopharm 2000; 49: 103-109.
Gao K, Jiang X. Influence of particle size on
transport of methotrexate across blood brain barrier
by polysorbate 80-coated polybutylcyanoacrylate
nanoparticles. Int J Pharm 2006; 310: 213-219.
J.Neurol.Sci.[Turk]
14. Gao X, Tao W, Lu W, Zhang Q, Zhang Y, Jiang X,
Fu S. Lectin conjugated PEG-PLA nanoparticles:
Preparation and brain delivery after intranasal
administration. Biomaterials 2006; 27: 3482-3490.
15. Garcia-Garcia E, Andrieux K, Gil S, Couvreur P.
Colloidal carriers and blood-brain barrier (BBB)
translocation: A way to deliver drugs to the brain?
Int J Pharm 2005; 298: 274-292.
16. Garcia-Garcia E, Andrieux K, Gil S, Kim HR, Doan
TL, Desmaële D, d'Angelo J, Taran F, Georgin D,
Couvreur P. A methodology to study intracellular
distribution of nanoparticles in brain endothelial
cells. Int J Pharm 2005; 298: 310-314.
17. Gelperina SE, Khalansky AS, Skidan IN, Smirnova
ZS, Bobruskin AI, Severin SE, Turowski B, Zanella
FE, Kreuter J. Toxicological studies of doxorubicin
bound to polysorbate 80-coated poly(butyl
cyanoacrylate) nanoparticles in healthy rats and
rats with intracranial glioblastoma. Tox Letters
2002; 126: 131-141.
18. Gessner A, Olbrich C, Schröder W, Kayser O,
Müller RH. The role of plasma proteins in brain
targeting: species dependent protein adsorption
patterns on brain-spesific lipid drug conjugate
(LDC) nanoparticles. Int J Pharm 2001; 214: 87-91.
19. Green-Sadan T, Kuttner Y, Lublin-Tennenbaum T,
Kinor N, Boguslavsky Y, Margel S, Yadid G. Glial
cell line-derived neurotrophic factor-conjugated
nanoparticles suppress acquisition of cocaine selfadministration in rats. Exp Neu 2005; 194: 97-105.
20. Härtig W, Paulke BR, Varga C, Seeger J, Harkany
T, Kacza J. Electron microscopic analysis of
nanoparticles
delivering
thioflavin-T
after
intrahippocampal injection in mouse: implications
for targeting β-amploid in Alzheimer's disease. Neu
Letters 2003; 338: 174-176.
21. Kaş HS. İlaç taşıyıcı partiküler sistemler. In:
Kontrollü Salım Sistemleri. Ed's, Gürsoy A, 2002,
pp: 82-88.
22. Kaya M. Epileptik nöbetler ve kan-beyin engeli. İst
Tıp Fak Mecmuası 2001; 64: 332-336.
23. Kreuter J. Nanoparticulate systems for brain
delivery of drugs. Adv Drug Del Rev 2001; 47: 6581.
24. Kreuter J. Application of nanoparticles for the
delivery of drugs to the brain. Int Cong Ser 2005;
1277: 85-94.
25. Kreuter J, Petrov VE, Kharkevich DA, Alyautdin
RN. Influence of the type of surfactant on the
analgesic effects induced by the peptide dalargin
after its delivery across the blood-brain barrier
using surfactant-coated nanopartciles. J Cont Rel
1997; 49: 81-87.
26. Kreuter J, Shamenkov D, Petrov V, Ramge P,
Cychutek K, Koch-Brandt C, Alyautdin R.
Apolipoprotein-mediated transport of nanoparticlebound drugs across the blood-brain barrier. J Drug
Targ 2002; 10: 317-325.
27. Kim DK, Zhang Y, Kehr J, Klason T, Bjelke B,
Muhammed M. Characterization and MRI study of
surfactant-coated supermagnetic nanoparticles
administered into the rat brain. J Magnetism and
Magnetic Mat 2001; 293: 256-261.
28. Koziara JM, Lockman PR, Allen DD, Mumper RJ.
Paclitaxel nanoparticles for the potential treatment
of brain tumors. J Cont Rel 2004; 99: 259-269.
29. Köksel T, Güleryüz A. Kan-beyin engeli. Mersin Üni
Tıp Fak Der 2001; 1: 94-99.
30. Liu G, Garrett MR, Men P, Zhu X, Perry G, Smith
MA. Nanoparticle and other metal chelation
therapeutics in Alzheimer disease. Bioc et Bioph
Acta 2005; 1741: 246-252.
31. Lockman PR, Oyewumi MO, Koziara JM, Roder KE,
Mumper RJ, Allen DD. Brain uptake of thiaminecoated nanoparticles. J Cont Rel 2003; 93: 271-282.
32. Löbenberg R, Araujo L, Kreuter J. Body distribution
of azidothymidine bound to nanoparticles after oral
administration. Eur J Pharm Biopharm 1997; 44:
127-132.
33. Lu W, Tan YZ, Hu KL, Jiang XG. Cationic albumin
conjugated pegylated nanoparticle with its
transctosis ability and little toxicity against bloodbrain barrier. Int J Pharm 2005; 295: 247-260.
34. Lu W, Zhang Y, Tan YZ, Hu KL, Jiang XG, Fu SK.
Cationic
albumin-conjugated
pegylated
nanoparticles as novel drug carrier for brain
delivery. J Cont Rel 2005; 107: 428-448.
35. Peracchia MT, Harnisch S, Pinto-Alphandary H,
Gulik A, Dedieu JC, Desmaële D, d'Angelo J, Müller
RH, Couvreur P. Visualization of in vitro proteinrejecting properties of PEGylated stealth®
polycyanoacrylate nanoparticles. Biomaterials
1999; 20: 1269-1275.
36. Pinto-Alphandary H, Andremont A, Couvreur P.
Targeted delivery of antibiotics using liposomes and
nanoparticles: research and applications. Int J
Antimic Agents 2000; 13: 155-168.
37. Roney C, Kulkarni P, Arora V, Antich P, Bonte F,
Wu A, Mallikarjuana NN, Manohar S, Liang HF,
Kulkarni AR, Sung HW, Sairam M, Aminabhavi TM.
Targeted nanoparticles for drug delivery through
the blood-brain barrier for Alzheimer's disease. J
Cont Rel 2005; 108: 193-214.
38. Schroeder U, Sabel BA. Nanoparticles, a drug
carrier system to pass the blood-brain barrier,
permit central analgesic effects of i.v. dalargin
injections. Brain Res 1996; 710: 121-124.
39. Schroeder U, Sabel BA, Schroeder H. Diffusion
enhancement of drugs by loaded nanoparticles in
vitro. Prog Neuro-Psychopharmacol & Biol
Psychiat 1999; 23: 941-949.
40. Schroeder U, Schroeder H, Sabel BA. Body
distribution of 3H-labelled dalargin bound to
poly(butylcyanoacrylate) nanoparticles after I.V.
injections to mice. Life Sciences 2000; 66: 495-502.
41. Schroeder U, Sommerfeld P, Sabel BA. Efficacy of
oral dalargin-loaded nanoparticle delivery across
the blood-brain barrier. Peptides 1998; 19: 777780.
42. Schroeder U, Sommerfeld P, Ulrich S, Sabel BA.
Nanoparticulate technology for delivery of drugs
across the blood-brain barrier. J Pharm Sci 1998;
87: 1305-1307.
43. Simeonova M, Ivanova T, Raikova E, Georgieva M,
Raikov
Z.
Tissue
distribution
of
polybutylcyanoacrylate nanoparticles carrying spinlabelled nitrosourea. Int J Pharm 1988; 43: 267271.
44. Steiniger SCJ, Kreuter J, Khalansky AS, Skidan IN,
Bvobruskin AI, Smirnova ZS, Severin SE, Uhl R,
Kock M, Geiger KD, Gelperina SE. Chemotherapy
of glioblastoma in rats using doxorubicin-loaded
nanoparticles. Int J Cancer 2004; 109: 759-767.
262
J.Neurol.Sci.[Turk]
45. Sun W, Xie C, Wang H, Hu Y. Spesific role of
polysorbate 80 coating on the targeting of
nanoparticles to the brain. Biomaterials 2004; 25:
3065-3071.
46. Tröster SD, Müller U, Kreuter J. Modification of the
body distribution of poly(methyl metharcrylate)
nanoparticles in rats by coating with surfactants. Int
J Pharm 1990; 61: 85-100.
47. Tosi G, Rivasi F, Gandolfi F, Constantino L,
Vandelli MA, Forni F. Conjugated poly(D,L-lactideco-glycolide) for the preparation of in vivo
detectable nanoparticles. Biomaterials 2005; 26:
4189-4195.
48. Wang JX, Sun X, Zhang ZR. Enhanced brain
targeting by senthesis of 3',5'-dioctanoyl-5-fluoro-2'deoxyuridine and incorporation into solid lipid
nanoparticles. Eur J Pharm Biopharm 2002; 54:
285-290.
49. Xie YL, Lu W, Jiang XG. Improvement of cationic
albumin conjugated pegylated nanoparticles holding
NC-1900, a vasopressin fragment analog, in
memory deficits induced by scopolamine in mice.
Beh Brain Res 2006; in press.
50. Yang SC, Lu LF, Cai Y, Zhu JB, Liang BW, Yang
CZ. Body distribution in mice of intravenously
injected camptothecin solid lipid nanoparticles and
targeting effect on brain. J Cont Rel 1999; 59: 299307.
263