Nanokapsuły z kwasem foliowym w terapii glejaka – przełom?

Czy nanokapsuły mogą przełamać barierę krew-mózg w terapii glejaka?

Glejaki, zwłaszcza glioblastoma multiforme, należą do najbardziej śmiertelnych pierwotnych nowotworów mózgu, dotykając około 3 na 100 000 osób rocznie. Pięcioletnie przeżycie wynosi mniej niż 10%, a mediana przeżycia to zaledwie 14–17 miesięcy nawet przy agresywnym leczeniu obejmującym radioterapię, chemioterapię temozolomidem i maksymalną bezpieczną resekcję chirurgiczną. Inwazyjność guza, bariera krew-mózg ograniczająca dostarczanie leków oraz niejednorodność nowotworu skutecznie blokują skuteczność terapii i zwiększają oporność oraz nawroty. Pilnie potrzebne są innowacyjne podejścia terapeutyczne, które mogą pokonać te przeszkody i znacząco poprawić wyniki leczenia pacjentów.

Repozycjonowanie leków oraz strategie oparte na nutraceutykach stanowią obiecujące ścieżki w terapii nowotworów poprzez wykorzystanie substancji o udowodnionych profilach bezpieczeństwa oraz bioaktywnych związków naturalnych o wielokierunkowym działaniu. Nutraceutyki takie jak kurkumina wykazują działanie uwrażliwiające na chemioterapię, przeciwzapalne i antyoksydacyjne, podczas gdy leki repozycjonowane, jak statyny i leki przeciwcukrzycowe, wykazują aktywność przeciwnowotworową poprzez modyfikację kluczowych szlaków przeżycia komórkowego. W kontekście glejaka atorwastatyna została niedawno zrepozycjonowana jako obiecujący kandydat o potwierdzonej skuteczności samodzielnie lub w połączeniu z konwencjonalnymi terapiami.

Jak nanotechnologia może poprawić dostarczanie leków do mózgu?

Nanotechnologia stanowi obiecującą strategię dostarczania leków do mózgu, jednak nanonośniki muszą zazwyczaj mieć wielkość cząstek poniżej 200 nm, aby efektywnie przekraczać barierę krew-mózg (BBB). Dzieje się tak, ponieważ mniejsze cząstki umożliwiają transcytozę i przedłużają krążenie ogólnoustrojowe, unikając szybkiego usuwania przez układ fagocytów jednojądrzastych (MPS). Lipidowe nanokapsuły (LNCs) reprezentują obiecującą rodzinę nanonośników do dostarczania leków, oferując unikalną kombinację stabilności związanej z nanocząstkami lipidowymi oraz wszechstronności nośników polimerowych.

LNCs składają się z hydrofobowego rdzenia utworzonego z olejów (10–25% w/w), otoczonego powłoką surfaktantów (10–40% w/w) takich jak solutol HS15 (pochodna glikolu polietylenowego) i lecytyna (1–1,5% w/w), które spontanicznie organizują się na granicy olej-woda w strukturę dwuwarstwową. Oprócz zwiększenia stabilności koloidalnej, te surfaktanty poprawiają biokompatybilność i redukują wychwyt przez MPS. Faza wodna, zazwyczaj roztwór soli (1–5% NaCl), ułatwia spontaniczne tworzenie LNCs poprzez metodę odwrócenia temperatury fazowej (PIT).

Jakie metody zastosowano w ocenie nanonośników?

W celu monitorowania losu nanonośnika in vivo, znakowanie radioizotopowe jest uważane za złoty standard, ponieważ zapewnia lepszą czułość i precyzję ilościową niż konwencjonalne metody analityczne. Pomaga zrozumieć, jak konstrukcja nanonośnika wpływa na dystrybucję leku i farmakokinetykę, co jest szczególnie pomocne w kontekście terapii glejaka. Poprzednie badania z powodzeniem oceniały preparaty ukierunkowane na mózg oraz lokalizację guza przy użyciu znakowania jodem-131 (¹³¹I).

W obecnej pracy wykorzystano sekwencyjną technikę znakowania radioizotopowego. Strategia ta pozwala na niezależne profilowanie farmakokinetyczne różnych ładunków poprzez kolejne znakowanie każdego leku w systemie współładowanym, dostarczając w ten sposób nowych informacji o zachowaniu podwójnych nanonośników lekowych. Indukcję guza przeprowadzono poprzez przezskórną indukcję komórek glejaka mysiego CT-2A. Model CT-2A to dobrze scharakteryzowany model syngeneiczny, immunokompetentny, który oddaje wiele ważnych cech ludzkich glejaków wysokiego stopnia, w tym wysoką gęstość komórkową, inwazyjność i populacje komórek macierzystych glejaka (GSC).

Jakie parametry fizykochemiczne osiągnięto w badaniu?

Wartości wielkości cząstek (PS) wahały się od 120,75 ± 14,07 nm do 282,55 ± 8,27 nm, a wartości wskaźnika polidyspersyjności (PDI) były mniejsze niż 0,5 w większości preparatów, co odzwierciedla ogólnie umiarkowanie wąski rozkład wielkości. Analiza statystyczna przy użyciu oprogramowania Design Expert® w wersji 13 potwierdziła istotność opracowanego modelu do przewidywania wielkości cząstek At-Cu LNCs. Model kwadratowy dla wielkości cząstek wykazał wysoką istotność (p ≤ 0,001) i doskonałą moc predykcyjną (R² = 0,9810; skorygowane R² = 0,9467).

Zwiększenie stężenia solutolu spowodowało znaczącą redukcję wielkości cząstek (p ≤ 0,05), zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami. Większość preparatów wykazała dobrą jednorodność rozkładu wielkości (PDI < 0,5) ze statystycznie nieistotnymi różnicami między różnymi formulacjami (p > 0,05). Odwrotnie, zwiększenie stężenia oleju prowadziło do znaczącego powiększenia PS (p ≤ 0,05) w preparatach o pośrednich poziomach leku. Co ciekawe, same zmiany stężenia leku nie wpływały istotnie na PS (p > 0,05). Wszystkie LNCs wykazywały ujemne ładunki powierzchniowe, a wartość bezwzględna potencjału zeta zmniejszała się istotnie (p ≤ 0,05) wraz ze wzrostem zawartości solutolu.

Jak nanoenkapsulacja wpływa na cytotoksyczność wobec komórek glejaka?

Test MTT wyraźnie wykazał zależny od dawki efekt cytotoksyczny we wszystkich testowanych preparatach, a wartości IC₅₀ uwydatniły znaczące różnice między wolnymi roztworami leków a nanoformulacjami. Zarówno atorwastatyna, jak i kurkumina wykazały ograniczoną cytotoksyczność wobec komórek glejaka, gdy były stosowane indywidualnie, z wysokimi wartościami IC₅₀ wynoszącymi odpowiednio 679,70 ± 17,17 i 723,80 ± 78,35 µg/mL. Współpodanie dwóch leków wykazało efekt synergiczny, redukując IC₅₀ do 328,87 ± 87 µg/mL.

Jednak znaczące wzmocnienie skuteczności cytotoksycznej osiągnięto po enkapsulacji w LNCs. At-Cu LNCs wykazały dramatycznie niższe IC₅₀ wynoszące 2,35 ± 0,81 µg/mL, podczas gdy FA-At-Cu LNCs wykazały IC₅₀ 2,21 ± 0,28 µg/mL. Wyniki testu cytotoksyczności MTT podkreślają przewagę systemu nanonośników w zwiększaniu wychwytu komórkowego i odpowiedzi cytotoksycznej. Warto zauważyć, że różnica między cytotoksycznością At-Cu FA-LNCs i At-Cu LNCs była nieistotna (p > 0,05).

Jak funkcjonalizacja kwasem foliowym wpływa na biodostępność w mózgu i glejaku?

Profilowanie farmakokinetyczne atorwastatyny i kurkuminy po dożylnym podaniu wolnych roztworów leków i nanopreparatów w ciągu 24 godzin ujawniło przedłużony czas krążenia i wyższą akumulację w guzie przy systemach nanoenkapsulowanych. Średni czas utrzymywania się w organizmie (MRT) atorwastatyny wzrósł istotnie z 9,77 ± 2,57 h (wolny lek) do ponad 30 h przy nanonośnikach, podczas gdy MRT kurkuminy wzrósł z 12,08 ± 0,02 h do ponad 24 h.

Gdy kurkumina była stosowana z FA-LNCs, jej efektywność celowania do guza wzrosła istotnie (p < 0,05) z 7,28 ± 0,99% (LNCs) do 20,95 ± 2,51% (FA-LNCs), a jej wskaźnik specyficzności tkanki nowotworowej wzrósł istotnie (p < 0,05) z 2,51 ± 0,04 (LNCs) do 6,91 ± 0,01 (FA-LNCs). Wskaźnik specyficzności atorwastatyny poprawił się istotnie (p < 0,05) z 4,15 ± 0,08 (LNCs) do 5,77 ± 0,02 (FA-LNCs), a jej efektywność celowania wzrosła istotnie (p < 0,05) z 9,45 ± 1,79% (LNCs) do maksymalnie 17,32 ± 2,89% przy użyciu FA-LNCs.

“Nanoenkapsulacja znacząco zmieniła farmakokinetykę i biodystrybucję obu substancji, poprawiając celowanie do glejaka z wysokimi wskaźnikami specyficzności nowotworowej” – piszą autorzy badania.

Jak zmienia się klirens w narządach wydalniczych?

Profile klirensu zarówno atorwastatyny, jak i kurkuminy ujawniły różnice zależne od preparatu w akumulacji w kluczowych narządach eliminacji (wątroba, śledziona, nerki i jelita). Dla wolnego roztworu atorwastatyny najwyższe wartości AUC zaobserwowano w wątrobie (440,88 ± 49,33 %ID*h/g tkanki) i jelicie (398,22 ± 52,90 %ID*h/g tkanki), z umiarkowaną akumulacją w nerkach (75,39 ± 14,24 %ID*h/g tkanki) i minimalną obecnością w śledzionie (3,90 ± 0,90 %ID*h/g tkanki).

Dla kurkuminy w szczególności lipidowe nanokapsuły znacząco zmniejszyły klirens wątrobowy w porównaniu do wolnego roztworu leku, podczas gdy klirens śledzionowy był zwiększony dla obu leków. Dodatkowo oba leki wykazały zmniejszone wartości AUC nerkowe i jelitowe po enkapsulacji. AUC nerek kurkuminy zmniejszyło się istotnie (p < 0,05) z 57,87 ± 12,47 do 29,50 ± 6,53 %ID*h/g tkanki, a atorwastatyny z 75,39 ± 14,24 do 50,98 ± 8,84 i 41,95 ± 7,16 %ID*h/g tkanki odpowiednio dla LNCs i FA-LNCs, co dodatkowo potwierdza przesunięcie eliminacji ze szlaków nerkowych do mechanizmów zdominowanych przez MPS.

Bezpieczeństwo ogólnoustrojowe opracowanych nanokapsuł było potwierdzone przez niewielkie poziomy radioaktywności w tarczycy. Ponadto masa ciała myszy była monitorowana podczas badań farmakokinetycznych in vivo i pozostawała stabilna we wszystkich grupach. Co więcej, wyniki testu hemolizy wykazały znikomą aktywność hemolityczną (poniżej 5%).

Czy nanokapsuły funkcjonalizowane kwasem foliowym mogą zmienić terapię glejaka?

Praca ta demonstruje, że lipidowe nanokapsuły funkcjonalizowane kwasem foliowym (FA-LNCs) współenkapsulujące kurkuminę i atorwastatynę posiadają dobre właściwości fizykochemiczne niezbędne do stabilności ogólnoustrojowej i efektywnego przenikania przez barierę krew-mózg. Badania in vivo ze znakowaniem radioizotopowym wykazały, że nanoenkapsulacja znacząco zmieniła farmakokinetykę i biodystrybucję obu substancji, poprawiając celowanie do glejaka z wysokimi wskaźnikami specyficzności nowotworowej, zmniejszając klirens wątrobowy i wydłużając krążenie ogólnoustrojowe. Wyniki te wskazują na FA-LNCs jako potencjalnie skuteczną platformę, która może znacznie zwiększyć indeks terapeutyczny kurkuminy i atorwastatyny w leczeniu glejaka. Poza poprawą dostarczania, połączenie kurkuminy i atorwastatyny ma wywierać synergiczne efekty in vivo poprzez ich komplementarne mechanizmy, dodatkowo zwiększając potencjał terapeutyczny FA-LNCs. Ta praca dostarcza dowodu koncepcji, że racjonalnie zaprojektowane nanonośniki ukierunkowane ligandami mogą przekształcić obecne leki w skuteczne, ukierunkowane na mózg terapie przeciwnowotworowe, ustanawiając podstawy do postępu translacyjnego w kierunku zastosowania klinicznego.