Przełom w terapii raka jelita grubego – statyny w nowej odsłonie

Czy statyny mogą zrewolucjonizować terapię CRC?

Atorwastatyna, powszechnie stosowana w leczeniu hipercholesterolemii, zyskuje nowe zastosowanie w terapii raka jelita grubego (CRC) – wskazują najnowsze badania nad zaawansowanymi systemami dostarczania leków. CRC stanowi obecnie trzecią najczęstszą chorobę nowotworową na świecie i drugą pod względem śmiertelności, a według prognoz Amerykańskiego Towarzystwa Nowotworowego liczba nowych przypadków będzie nadal wzrastać wraz z wydłużaniem się średniej długości życia – szacuje się około 152,810 nowych przypadków CRC u obu płci, z 28,700 zgonów u mężczyzn i 24,310 u kobiet.

Tradycyjne metody leczenia CRC, obejmujące chirurgię, radioterapię, chemioterapię, terapię genową, hormonalną oraz hamowanie angiogenezy, napotykają na liczne ograniczenia, w tym rozwój oporności na leki oraz znaczącą toksyczność ogólnoustrojową. Wybór leczenia zależy ściśle od stadium nowotworu – we wczesnych etapach, gdy rak jest zlokalizowany tylko w okrężnicy, operacja jest metodą z wyboru. W bardziej zaawansowanych stadiach (II i III) chirurgię często łączy się z chemioterapią, natomiast w stadium IV, gdy nowotwór uległ już przerzutom, podejście chirurgiczne staje się niepraktyczne, a chemioterapia pozostaje jedyną opcją. Dlatego naukowcy poszukują alternatywnych strategii terapeutycznych, a jedną z obiecujących jest repurposing leków – wykorzystanie już zatwierdzonych preparatów w nowych wskazaniach.

Czy repurposing leków redefiniuje leczenie CRC?

Projekt ReDO (Repurposing Drugs in Oncology) to międzynarodowa inicjatywa skupiająca się na potencjalnym wykorzystaniu zatwierdzonych leków nieoncologicznych jako podstawy nowych podejść terapeutycznych w onkologii. W bazie danych projektu znajduje się obecnie 268 leków do repurposingu, wraz z podsumowaniem wyników i oceną aktywności badań klinicznych. Statyny, a szczególnie atorwastatyna (ATR), wykazują potencjał przeciwnowotworowy poprzez hamowanie szlaku sygnałowego COX-2/PGE2/β-katenina, indukowanie zatrzymania cyklu komórkowego w fazie G0/G1 oraz stymulowanie apoptozy komórek nowotworowych.

Głównym wyzwaniem w stosowaniu atorwastatyny jako leku przeciwnowotworowego jest jej niska biodostępność po podaniu doustnym (zaledwie 14%) wynikająca z intensywnego metabolizmu pierwszego przejścia przez cytochrom P450 3A4 oraz wysokie wiązanie z białkami osocza (ponad 98%). Aby przezwyciężyć te ograniczenia, badacze opracowali innowacyjny system dostarczania leku wykorzystujący cubosomy powlekane chitozanem.

Jak nanostruktury poprawiają dostarczanie leku?

Cubosomy to nanostrukturalne cząstki charakteryzujące się wewnętrzną dwuciągłą kubiczną fazą ciekłokrystaliczną. Dzięki swojej unikalnej strukturze posiadają liczne zalety: małe rozmiary, biokompatybilność, zdolność do selektywnego kierowania do komórek docelowych, możliwość pokonywania barier biologicznych i przewodu pokarmowego, oraz zdolność do enkapsulacji zarówno leków lipofilowych, jak i hydrofilowych. Dodatkowo, powlekanie cubosomów chitozanem – naturalnym polisacharydem o właściwościach mukoadhezyjnych – zwiększa ich stabilność, poprawia interakcję z błoną śluzową jelita oraz umożliwia kontrolowane uwalnianie leku zależne od pH.

Chitozan, będący pochodną naturalnego polisacharydu chityny i drugim najbardziej rozpowszechnionym polisacharydem na świecie po celulozie, wyróżnia się biokompatybilnością, biodegradowalnością, działaniem przeciwbakteryjnym oraz właściwościami mukoadhezyjnymi. Jest szeroko stosowany w żywności, kosmetykach, tkaninach i zastosowaniach biomedycznych. Dzięki obecności funkcjonalnych grup aminowych na powierzchni, chitozan może oddziaływać elektrostatycznie z ujemnie naładowanymi cząsteczkami, takimi jak komórki, nanocząstki, lipidy, leki i polimery. Ten polisacharyd był szeroko stosowany jako materiał powlekający powierzchnię nanocząstek, poprawiając mukoadhezję i retencję w nabłonku jelitowym, zwiększając stabilność załadowanego leku i wychwyt komórkowy oraz przedłużając czas uwalniania leku.

Jak zoptymalizowano formulację nanonosnika?

W przeprowadzonym badaniu zoptymalizowano formulację atorwastatyny załadowanej do cubosomów powlekanych chitozanem przy użyciu eksperymentalnego projektu Box-Behnken. Badano wpływ dwóch niezależnych zmiennych – masy poloksameru 407 (P407) oraz stężenia polialkoholu winylowego (PVA) na wielkość cząstek, indeks jednorodności oraz potencjał zeta. Uzyskany system charakteryzował się korzystnymi parametrami fizykochemicznymi: średnią wielkością cząstek 169,3 ± 4,14 nm, wskaźnikiem polidyspersyjności 0,245 ± 0,015 oraz potencjałem zeta 29,7 ± 0,814 mV. Wydajność enkapsulacji leku wyniosła imponujące 92,078 ± 2,46%, co świadczy o skutecznym uwięzieniu atorwastatyny w strukturze cubosomów.

Analiza eksperymentalnego projektu Box-Behnken wykazała, że stężenie P407 wywiera największy wpływ na wielkość cząstek, wykazując ujemną korelację – wraz ze wzrostem masy użytego P407 wielkość cząstek maleje. Wynika to z faktu, że poloksamer zapewnia stabilizację steryczną cubosomów poprzez zakotwiczenie bloków tlenku polipropylenu w regionie polarnym lub na powierzchni dwuwarstwy glicerolu monooleinianu (GMO), zapobiegając ich koalescencji i aglomeracji. Stężenie PVA miało natomiast minimalny wpływ na wielkość cząstek cubosomów.

Czy kontrolowane uwalnianie leku może zwiększyć skuteczność?

Kluczową zaletą opracowanego systemu jest uwalnianie leku zależne od pH, które umożliwia dostarczenie atorwastatyny specyficznie do okolicy jelita grubego. Badania in vitro wykazały minimalne uwalnianie leku w środowisku żołądkowym (pH 1,2) – zaledwie 9,83 ± 0,24% w ciągu pierwszych dwóch godzin. Uwalnianie stopniowo wzrastało wraz ze zmianą pH: do 35,94 ± 0,7% przy pH 4,5 i 49,24 ± 0,39% przy pH 7,4. Najwyższy poziom uwalniania zaobserwowano w środowisku symulującym okolicę jelita grubego (pH 6,8), gdzie osiągnięto 89,64 ± 1,04% po 7 godzinach i 98,42 ± 1,58% po 24 godzinach. W porównaniu do tabletek komercyjnych, które uwalniały prawie całą dawkę atorwastatyny (85,55 ± 5,58%) w ciągu pierwszej godziny badania, opracowany system zapewniał kontrolowane, przedłużone uwalnianie.

Mechanizm uwalniania leku można wytłumaczyć właściwościami chitozanu, który w środowisku kwaśnym ulega protonacji grup aminowych (-NH³⁺), co ogranicza hydrolizę polimeru i spowalnia uwalnianie leku. W wyższym pH dochodzi do pęcznienia powłoki chitozanowej, co umożliwia głębszą penetrację medium rozpuszczającego i efektywniejszą dyfuzję leku. Kinetyka uwalniania najlepiej odpowiadała modelowi Korsmeyera-Peppasa z współczynnikiem dyfuzji n=0,216, co wskazuje na mechanizm uwalniania kontrolowany przez dyfuzję Ficka.

Czy opracowany system wykazuje zwiększoną skuteczność cytotoksyczną?

Badania cytotoksyczności na linii komórkowej raka jelita grubego HCT116 potwierdziły skuteczność przeciwnowotworową opracowanego systemu. Dane z testu sulforhodaminy B (SRB) wykazały znaczący spadek żywotności komórek HCT116 w grupie leczonej ATR w stężeniach 0,5, 1 i 5 μM w drugim i trzecim dniu leczenia. W porównaniu, w niepowlekanych cubosomach załadowanych ATR, redukcja żywotności komórek była znacząca już w pierwszym dniu po leczeniu przy stężeniu 5 μM. Wyniki te są zgodne z tymi uzyskanymi przez Xiao i wsp., gdzie ATR hamowała wzrost komórek HCT116 w stężeniach między 5 a 8 μM. Z kolei Rao i Rao badali wpływ ATR na linie komórkowe raka jelita grubego HT-29 i HCT116 i wykazali znaczący spadek proliferacji komórek przy stężeniu 12,5 μM; stąd ta obiecująca 2,5-krotna redukcja stężenia jest przypisywana enkapsulacji atorwastatyny w nanocząstkach.

Test trypan blue potwierdził wyniki testu SRB. Wpływ ATR na żywotność komórek był widoczny już w pierwszym dniu po leczeniu przy stężeniach 1 i 5 μM. Po załadowaniu ATR do cubosomów, wpływ na żywotność komórek był prawie podobny do działania wolnego leku, choć był bardziej wyraźny przy 5 μM. Niepowlekane cubosomy załadowane ATR wykazały znaczący efekt już w pierwszym dniu po leczeniu przy stężeniach 1 i 5 μM (p < 0,001 i p < 0,0001, odpowiednio) i całkowitą inhibicję liczby żywotnych komórek przy stężeniu 5 μM (p < 0,0001), wraz z obecnością martwych komórek ~5 × 10⁴.

Choć obserwowano widoczny spadek żywotności komórek HCT116 w grupie leczonej niezaładowanymi cubosomami, efekt ten był głównie zauważalny przy wysokich stężeniach (1 i 5 μM). Ta cytotoksyczność cubosomów została również wykryta w innych badaniach na różnych komórkach nowotworowych i została uznana za nieistotną w porównaniu z efektem cubosomów załadowanych lekami.

Ocena żywotności komórek HCT116 ujawniła znaczące różnice między preparatami powlekanymi chitozanem załadowanymi atorwastatyną a powlekanymi chitozanem niezaładowanymi cubosomami. Oba preparaty wykazywały zależne od dawki spadki żywotności komórek przy zwiększających się stężeniach (0,01 μM, 1 μM i 5 μM). Jednakże cubosomy załadowane atorwastatyną wykazywały znacznie silniejsze działanie cytotoksyczne w porównaniu do niezaładowanych cubosomów, szczególnie przy wyższych stężeniach. Sugeruje to, że atorwastatyna znacząco przyczynia się do obserwowanego zmniejszenia żywotności komórek.

Czy nowa formulacja spełnia wymagania kliniczne?

Badania stabilności wykazały, że chitozonem powlekane cubosomy z atorwastatyną zachowują swoje właściwości fizykochemiczne przez okres 3 miesięcy przy przechowywaniu w temperaturze 4°C i -8°C, co jest istotne z punktu widzenia potencjalnego zastosowania klinicznego. Stabilność formulacji przypisuje się unikalnym właściwościom tych jednowarstwowych pęcherzyków i metastabilności ich masowej fazy kubicznej. Poloksamer 407, obecny w dwuwarstwie lamelarnej, tworzy czapkę, która pokrywa dwuwarstwę kubiczną, zapobiegając kontaktowi łańcuchów węglowodorowych z wodą, a tym samym zapobiegając agregacji i flokulacji cubosomów, wspierając ich stabilność koloidalną. Ponadto, powłoka chitozanowa zapewniała odpowiednią stabilność kinetyczną cubosomom.

Opracowany system nanonośnikowy oferuje liczne korzyści w porównaniu z konwencjonalnym podawaniem atorwastatyny: zwiększoną biodostępność, ochronę przed degradacją w przewodzie pokarmowym, kontrolowane uwalnianie zależne od pH oraz celowane dostarczanie do tkanki nowotworowej. Takie podejście może znacząco zmniejszyć ogólnoustrojowe działania niepożądane przy jednoczesnym zwiększeniu skuteczności przeciwnowotworowej.

Przedstawione wyniki stanowią obiecujący krok w kierunku opracowania nowej strategii terapeutycznej w leczeniu raka jelita grubego, łączącej koncepcję repurposingu leków z zaawansowanymi systemami nanonośnikowymi. Nanocząstki oparte na systemach dostarczania leków stanowią obiecujące podejście w porównaniu do konwencjonalnych form dawkowania leków ze względu na ich zdolność do zwiększania biodostępności leków i przezwyciężania ograniczeń przepuszczalności. Konieczne są jednak dalsze badania, w tym ocena mechanizmów pobierania komórkowego oraz aktywności przeciwnowotworowej in vivo, aby w pełni ocenić potencjał kliniczny tej innowacyjnej formulacji.

Podsumowanie

Badania nad wykorzystaniem atorwastatyny w terapii raka jelita grubego (CRC) przynoszą obiecujące rezultaty. Naukowcy opracowali innowacyjny system dostarczania leku wykorzystujący cubosomy powlekane chitozanem, który pozwala przezwyciężyć dotychczasowe ograniczenia związane z niską biodostępnością atorwastatyny. System charakteryzuje się wysoką wydajnością enkapsulacji leku (92%) oraz kontrolowanym uwalnianiem zależnym od pH, osiągając najwyższą skuteczność w środowisku jelita grubego. Badania cytotoksyczności na linii komórkowej HCT116 wykazały znaczącą skuteczność przeciwnowotworową przy 2,5-krotnie niższych stężeniach w porównaniu do konwencjonalnego podawania leku. Formulacja zachowuje stabilność przez 3 miesiące w odpowiednich warunkach przechowywania, co jest istotne dla potencjalnego zastosowania klinicznego. Ta innowacyjna metoda łącząca repurposing leków z zaawansowanymi systemami nanonośnikowymi może stanowić przełom w leczeniu raka jelita grubego.