Nazalna mukoadhezivna isporuka lijeka: Pozadina, aplikacije, trendovi i perspektiva u budućnosti

1.Uvod

2.Biološka i farmaceutska razmatranja za nazalnu mukoadhezivnu isporuku lijeka

2.1. Nazalna anatomija i fiziologija relevantna za nazalnu mukoadhezivnu administraciju lijeka

Nazalna šuplina je podijeljena na dvije polovine nazalnom pregradom(septumom) i prostire se posteriorno do nazofarinksa, dok se najveći prednji dio nosne šupljine , nazalno predsoblje, otvara na licu preko nozdrva. Atrijum predstavlja srednji region između vestibuluma i respiratornog regiona. Respiratorna regija, nosna conchae ili školjka, koja zauzima najveći dio nosne šupline, posjeduje lateralne zidove koji ga dijele na tri dijela: superior, srednji i inferior nasalne školjke. Ovi prevoji obezbjeđuju nosnoj šupljini veoma veliku površinu u poređenju na njegovu malu zapreminu. Epitelne ćelije u nazalnom vestibulumu su slojevite, skvamozne i keratinizirane lojnim žlijezdama. Zbog svoje prirode nosno predvorje je veoma otporno na dehidrataciju i može da podnese štetne supstance iz okruženja i ograničava permeaciju supstanci. Atrijum je prelazni epitelni region sa slojevitim, skvamoznim ćelijama anteriorno i pseudoslojevitim stubastim ćelijama sa mikrovilima posteriorno. Pseudoslojevite stubaste ćelije su protkane peharastim ćelijama, seromukoznim kanalima, otvori subepitelijalnih seromukoznih žlijezda pokrivaju respiratorni region (nosne školjke). Osim toga, mnoge od ovih ćelija aktivne cilije sa mikrovilima. Svaka cilijama prekrivena ćelija sadrži oko 100 cilija, dok i cilijarne i necilijarne ćelije posjeduju oko 300 mikrovila ponaosob. Tabela 1 dalje opisuje strukturne karakteristike različitih nazalnih anatomskih regiona i njihov značaj u permeabilnosti za ljekove.

2.2. Nazalna sekrecija i mukocilijarni klirens

Submukozne žlijezde koje luče veću količinu nazalnog mukusa uključuju i mukozne ćelije, koje sekretuju mukozni gel, i serozne ćelije koje proizvode vodnjikavu tečnost. Procjenjeno je da u ljudskom nosu ima do 100 000 seromukoznih žlijezda. Mukus se takođe oslobađa iz peharastih ćelija u vidu mukoznih granula, koje bubre u nazalnim tečnostima da bi doprinjeli+e izgradnji mukoznog sloja. mukusna sekrecija je kompleksna smješa mnogih supstanci i sadrži oko 95% vode, 2% mucina, 1% soli, 1% drugih proteina kao što je albumin, imunoglobulini,, lizozim i laktoferin, i manje od 1% lipida. Produkcija IgA i od strane adenoidnog tkiva i nazalne mukoze značajno doprinosi odbrambenom sistemu protiv inhaliranih bakterija i virusa. Dnevno se proizvede oko 1.5-2 L nosne sluzi. Mukozni omotač, oko 5 µm debljine, se sastoji iz dva sloja, nižeg sol sloja i gornjeg gel sloja. Viskozitet oba sloja utiče na cilijarno batinjanje? i efikasnost transporta mukusnog prekrivača-mukocilijarni klirens.

Nazalni mukus obavlja brojne fiziološke funkcije. Prekriva mukozu, i štiti je enzimski i fizički. Mukus ima kapacitet da zadržava vodu. Pokazuje površinsku električnu aktivnost. Omogućava efikasan transfer toplote. Djeluje kao vezivo (lijepak) i transportuje čestice prema nazofarinksu.

2.2.1. Mukocilijarni klirens

Jedna od funkcija gornjeg dijela respiratornog trakta je da spriječi supstance nokse (alergeni, bakterije, virusi,toksini,itd.) da stignu do pluća. Kada takve materije adheriraju za, ili se rastvaraju u mukoznom omotaču nosne šupljine,oni se transportuju kroz nazofarinks za eventualno otpuštanje u GIT-u. Klirens sluzi i adsorbovanih/rastvorenih materija u GIT se zove MCC. Sastoji se iz koordinisanih interakcija između mukusnog sloja i asinhronog talasastog kretanja cilija koje se nalaze ispod. Potreban je optimum fizičko hemijskih osobina mukusa i cilijarnih pokreta za efektivan i efikasan MCC. Cilije su izbočine na površini epitelne ćelije slične dlačicama. Na svaku ćeliju ima otprilike oko 300 cilija, svak cilija je 5-10 µm duga i 0.1-0.3 µm široka i kucaju frekvencijom od oko 2o Hz. Iako postoji mnogo inter-individualnih razlika u stepenu MCC, procjenjen je na 6 mm/min. Održavanje optimalnog MCC je veoma bitno da bi se spriječile infekcije respiratornog trakta.

MCC može biti pod uticajem okruženja i patoloških uslova. Faktori koji mogu da povećaju frekvenciju kretanja cilija (CBF) i produkciju mukusa, ili da smanje gustinu mukusa vode do povećanja MCC. Uslovi okruženja kao što je temperatura ( ispod ili iznad 23C), udisanje sumpordioksida i dima cigareta snižavaju MCC. Takva patološka stanja kao što je Kartagenerov sindrom, Sjogrenov sindrom, astma, nazalna polipoza, defekt septuma, rinitis, alergija, prehlada i sinuzitis modifikuju MCC zbog efekata na CBF ili reologiju mukusa. Pretpostavlja se da su dva mehanizma uključena u povećanu sekreciju mukusa nezavisno od uzročnih faktora. Prvo, medijatori izvedeni iz mast ćelija otpušteni u nazalnu mukozu mogu indukovati sekreciju nazalnih mukusnih glikoproteina. Drugo, otpušteni neurohormoni mogu uzrokovati povećan protok krvi u nosnom krvotoku i povećanje transudacije tečnosti i plazma proteina. Svi gore navedeni uslovi okruženja i patološki faktori će na kraju izmjeniti nazalnu isporuku lijeka i učinak nazalnih mukoadhezivnih formulacija, i trebaju biti uzeti u obzir tokom razvoja proizvoda. Pokretačka snaga MCC je koordinirana ( kako u fazi tako i u frekvenciji) i u njoj imamo treperenje cilija što se uopšteno naziva metahronalni talas. Ovo obezbjeđuje usmjereni transport sluzi i zarobljenog materijala prema nazofarinksu. Koncentracija jona kalcijuma je povezana sa treperenjem cilija trošenjem kalcijuma ili blokiranjem aktivnosti kalcijuma vodeći do gubitka cilijarnog treperenja. Ovo ima snažan uticaj za nazalnu mukoadhezivnu isporuku lijeka. Neki mukoadhezivni polimeri poput poliakrilnih kiselina heliraju kalcijumove jone i time povećavaju permeabilnost epitela. Trošenje kalcijuma za smanjivanje CBF može biti dodatni mehanizam (sinergistički) u njihovom mukoadhezivnom učinku u povećanju lokalnog vremena zadržavanja lijeka.

2.3. Biofizika nosne sluzi

Mucin je glavna komponenta mukusa. Ovo jedinjenje, prvenstveno odgovorno za visokoelastična svojstva mukusa, je nađeno u dva oblika: rastvorljivi sekretorni mucin i mucin vezan za membranu. Mucin su heterogeni makromolekuli koga sačinjava otprilike 10-30 težinskih % peptidnog jezgra koje je povezano sa oligosaharidnim lancima koji čine od 70-80% od ukupne težine. najobimnije istraživana fizičkohemijska osobina mukusa je visokoelastičnost. ova visokoelastičnost zavisi od mucina, vode i ostalih prisutnih jona, sa malim izmjenama u npr. količini vode ili pH značajno se mijenja visokoelastičnost. Izmjene u strukturi sluzi mogu dovesti do izmjena u difuziji lijeka kroz matriks. ovo je naročito važno za biofarmaceutike kao što su proteini i polipeptidi koji mogu da naiđu na otpor unutar mreže ovog matriksa. Prisustvo fosfolipida ( u mukusu) daje svojstva površinske aktivnosti. Površinska aktivnost može imati snažan uticaj na stabilnost ili permeabilnost prateći emulzifikaciju u mukusnom sloju. Sastav i fizičke osobine nazalne sekrecije mukusa može biti značajno izmjenjen prisustvom cirkulišućih inflamatornih ćelija poput neutrofila i eozinofila. Kada ove ćelije umru i lokalno se razlože, oslobađaju DNK molekule koji mogu izmijeniti visokoelastičnost mukusa vezujući se za mukusne glikoproteine ili druge proteine u sekreciji. Proizvodi koje oslobađaju mrtve inflamatorne ćelije mogu zauzvrat čak da moduliraju nazalnu sekreciju. U rastvoru , sluz se nalazi u obliku velikih agregata. Različiti modeli su predloženi za tercijarnu strukturu mucina. Oni uključuju (1) linearni fleksibilni lanac bez grananja, (2) modeli koji uključuju unakrsno vezivanje pomoću disulfidnih mostova i hidrofobnih veza i (3) nasumično glikoproteinskih zavojnica u okviru sferičnih domena rastvarača, što označava model kao hidrodinamički model. (4) Prema Meyer i Silberberg-u , nekovalentne veze su zaslužne za održavanje tercijarne strukture mucina. Inter-ugljenovodonične veze zajedno sa uticajem iz disulfidnih veza obezbjeđuje vezu u obliku rajsfersluša između lanaca mucina za interakciju i upetljavanje. (5) Mnogo jednostavniji model je da isprepleteni, nasumično uvijeni makromolekuli formiraju slabe veze. Razlike u predloženim modelima mogu ukazati na razlike u ultrastrukturi mucina proizvedenog od različitih žlijezda/organa. To jasno naglašava potrebu za razjašnjavanje uticaja ultrastrukture mucina na isporuku lijeka.

2.4. Interakcija mukus-lijek: relevantnost za nazalnu mukoadhezivnu isporuku lijeka

To je važno razmatranje (faktor) za shvatanje kako mukus i lijek interaguju međusobno, i što je još važnije kako takve interakcije mogu uticati na apsorpciju lijeka i aktivnost. Takvo razmatranje uključuje razumijevanje difuzionog koeficijenta lijeka kroz mukus uključujući u stanjima bolesti. Možemo se zapitati da li lijek mijenja gel strukturu i reologiju mukusa. Ako je tako, do kog stepena i kako može naučnik za formulaciju iskoristiti ove interakcije da bi povećao apsorpciju lijeka? Molekularna veličina lijeka, veličina mreže mukusa i interakcija između gela sluzi i lijeka utiču na difuziju lijekaova kroz mukus. Kao u svim slučajevima difuzije, mali i neutralni molekuli difunduju brže i u većem stepenu kroz naelektrisni matriks u odnosu na naelektrisane i velike molekule. Treba naglasiti da je zapaženo da neki veliki ili naelektrisani molekuli lako difunduju kroz mukus. Pored toga, primjećeno je da čestični materijali, npr. mikrosfere i lipozomi koji predstavljaju nosače za ljekove difunduju kroz mukus i stižu do epitela

netaknuti. Dakle, potpuno razumijevanje osnovnih faktora koji utiču na difuziju kroz mukus trenutno nije potpuno.

Transport čestica kroz mukus je prilično složen i zavisi kako od mukoznog sloja tako i od veličine, naelektrisanja i površinskog kvašenja čestica. Sve szudije o transportu čestica kroz mukus su pokazale da difuzija zavisi od veličine i opada brzo sa povećanjem veličine. Na primjer, Szenkuti je utvrdio da polistiren nano- i mikročestice mogu da difunduju kroz 30-50 µm debeo mukus distalnog kolona kod pacova. Treba istaći da korišćene eksperimentalne tehnike imaju snažan uticaj na zaključke koji se mogu izvesti iz ovih studija. U zavisnosti od polimera korišćenih za vezivanje za epitelne ćelije, pulsno, odloženo ili potpuno oslobađanje lijeka, itd. može se odvijati prije potpune hidratacije mikrosfera što je praćeno mogućim obnavljanjem debljine sluzi. Iako studija svih mogućih i kompleksnih interakcija čestica i različitih vrsta sluzi i sluzokoža djeluje prilično zastrašujuće, obaveza razumijevanja transporta čestica kroz mukus je apsolutno važna za razvoj budućih terapija. Dobro razumijevanje mogućih oblika interakcije može pomoći naučnicima koji razvijaju formulaciju ne samo da izbjegnu probleme koji proizilaze iz takvih interakcija (niska apsorpcija lijeka) već i da iskoriste situaciju za unapređenje transporta lijeka kroz mukus. Modifikacija komponenti formulacije mijenjanjem pH, jonske jačine, polimera, površinskog naelektrisanja nanočestica i mikročestica, itd. može promijeniti strukturu gela do te mjere da se počne odvijati ubrzana apsorpcija.

2.5. Mehanizam bioadhezije

Iznijeto je nekoliko teorija da bi se objasnio mehanizam polimer-mukus interakcije koji dovodi do mukoadhezije. za početak, nekoliko događaja koji se javljaju tokom bioadhezije uključuju bliski kontakt između bioadhezivnog polimera i biološkog tkiva zbog pravilnog kvašenja bioadhezivne površine i bubrenja bioadheziva. Nakon toga slijedi penetracija bioadheziva u pukotine tkiva, interpenetracija između mukoadhezivnih polimernih lanaca i onih iz mukusa. Nakon toga slabe hemijske veze mogu postati djelotvorne.

Blizina kontakta između bioadhezivnog polimera i biološkog tkiva je poboljšana kada je površina tkiva hrapava., Hrapavost površine, definisana odnosom dimenzija (d/h) maksimalne dubine (d) i maksimalne širine (h), mora biti veća od 1/20 da bi se ostvarila dobra adhezija. Za površine sa nižeim odnosom dimenzija, viskozitet i moć kvašenja bioadheziva postaju najvažniji faktori potrebni za zadovoljavajuću bioadheziju. Za tečne bioadhezive, njihova kvasljivost i mazivost na površini se može utvrditi iz kontaktnog ugla sa tom čvrstom površinom. Za čvrste bioadhezive, rad adhezije se koristi za determinisanje bioadhezivnosti. Ovo je energija potrebna za suprotstavljanje privlačnim silama između dva različita molekula.

Hidratacija polimera igra veoma važnu ulogu u bioadheziji. Postoji kritičan stepen hidratacije potreban za optimalnu bioadheziju. Ako je hidratacija nepotpuna, aktivna adhezivna mjesta nisu u potpunosti slobodna i dotupna za interakciju. Sa druge strane, prekomjerna količina vode slabi

adhezivnu vezu kao rezultat prekomjernog produživanja vodoničnih veza. Tokom hidratacije, postoji disocijacija vodoničnih veza lanaca polimera. Interakcija polimer-voda postaje veća od polimer-polimer interakcije, čime polimerne lance čine dostupnim za penetraciju mukusa.

Nakon hidratacije polimera javlja se preplitanje između segmenata lanca mukoadhezivnog polimera sa mukusom. Kritični faktori za ovaj model mukoadhezije su difuzioni koeficijent polimera, vrijeme kontakta i kontaktni pritisak. Koeficijent difuzije polimera je pod uticajem molekulske mase između unakrsnih veza, i u inverznoj je vezi sa gustinom unakrsnog vezivanja. Potporni dokaz za teoriju interpenetracije lanaca je potkrepljen saznanjem da djelimična mukoliza sa N-acetil-l-cistein povećava mukoadhezivnost poliakrilne kiseline za oko 37% kao rezultat povećane fleksibilnosti lanca. Sa druge strane, unakrsno povezivanje mukusa sa glutaraldehidom redukuje mukoadheziju za oko 30 %. Adsorpciona teorija bioadhezije predlaže da adhezija polimera za biološko tkivo zavisi od: (1) primarnih hemijskih veza koje su prilično trajne i stoga nepoželjne u bioadheziji, (2) van der Waals, vodoničnih, hidrofobnih i elektorstatičkih sila, koje formiraju sekundarne hemijske veze. Elektronska teorija predlaže postojanje naelektrisnog dvosloja u interfejsu između adheziva i biološkog tkiva kao rzultat razlike u njihovoj elektronskoj strukturi. Kao što su Ponch et al. demonstrirali bioadhezija se javlja kako zbog hemijske interakcije tako i zbog interpenetracije polimera i lanaca mucina.

2.6. Faktori koji utiču na mukoadheziju

Molekularna masa polimera će uticati na njegove bioadhezivne karakteristike. Postoji kritična molekularna masa polimera i gustina unakrsnog vezivanja iznad ili ispod kojih je smanjena moć adhezije, i ovo varira od tipa polimera. Mukoadhezija zahtijeva odgovarajuću dužinu slobodnih lanaca da bi se javila interpenetracija. Stoga smanjenje dužine slobodnih lanaca obimnim unakrsnim povezivanjem redukuje mukoadheziju.

U polimer-mukus interfejsu potrebna je optimalna koncentracija polimera za bioadheziju, iznad koje će nekoliko lanaca polimera biti dostupno za polimer-mukus interpenetraciju. Koncentracija polimera koja je potrebna za optimalnu bioadheziju je različita između gel i čvrstih bioadheziva. U tečnom stanju, za svaki polimer postoji optimalna koncantracija iznad koje se smanjuju rezultati adhezije zbog toga što će nekoliko lanaca polimera biti dostupno za interpenetraciju sa mukusom. Sa druge strane, kod čvrstih doziranih oblika kao što su bukalne tablete, povećana koncentracija polimera dovodi do povećanja mukoadhezivne moći.

2.6.2. Faktori povezani sa okruženjem

Hidratacija polimera i bubrenje su potrebni zapokretanje mukoadhezije ali prekomjerna hidratacija sa pretjeranim bubrenjem polimera smanjuje njegovu adhezivnu snagu. Odnos bubrenja i hidratacije ne bi smio biti previše brz kako bi se vrijeme adhezije produžilo. sa druge strane, prekomjerno bubrenje je eventualno potrebno da bi smanjilo adhezivnost polimera i dozvolilo mu da se odvoji od biološkog tkiva.

Neki polimeri posjeduju mukoadhezivnost zahvaljujući vodoničnim vezama, van der Waals, hidrofobnim i elektrostatičkim silama. Jačina ovih sila je pod uticajem pH okruženja. Sledstveno tome, za takve polimere, pH okruženja je veoma bitna determinanta snage mukoadhezije. Ovo je jasno dokazano za polikarbofil i nedavno za hitozan. Ovo je takođe iskorišćeno u razvoju pH-senzitivnih mukoadhezivnih polimera.

2.6.3.Fiziološki-vezani faktori

MCC, promet sluzi i stanja bolesti su fiziološki faktori koji utiču na mukoadheziju u nosu. Mukoadhezija može da uspori MCC, ali s vremenom, produkcija sluzi smanjuje jačinu mukoadhezivnih veza, dozvoljavajući MCC da se obnovi do normalnog stepena klirensa, na taj način uklanjajući mukoadheziv. Ranije pomenuti stanja bolesti mogu da utiču na mukoadheziju zbog njihovog uticaja bilo na proizvodnju mukusa ili treperenje cilija. Tako je poznavanje prirode mukusa u ovim bolestima imperativ za dizajniranje dobrog NDD sistema. Abnormalan sloj sluzi može da predstavlja neočekivanu prepreku za transport lijeka kroz mukozu. Mukoadhezivne sposobnosti polimera bi trebalo proučiti tokom razvoja proizvoda pod takvim uslovima bolesti koji se smatraju relevantnim.

3. Mukoadhezija kao strategija za poboljšanje sistemske isporuke lijeka nazalnim putem

parenteralna primjena lijeka ima mnogo prednosti u poređenju sa drugim putevima primjene lijeka. Superiornost ovih puteva (iv,im,sc) potiče od smanjennog metabolizma lijekova i degradacije, većeg stepena iskorišćenja primjenjene doze, sposobnosti programiranja doziranja lijeka unutar terapijskog indeksa, itd. Međutim, parenteralni putevi primjene, neročito iv injekcija, imaju neke veće nedostatke kao što su komplijansa pacijenata, opasnost po zdravlje, viših troškova terapije zbog upotrebe visokokvalifikovanih zdravstvenih radnika i skupe opreme/alata. Smanjenje troškova terapije zbog povećanog ambulantnog liječenja je naročito privlačno kao rezultat pritiska od strane/ na zdravstvene institucije za nadoknadu da bi se troškovi smanjili. Poređenja radi, obiman metabolizam ljekova naročito u jetri je uočen nakon oralne primjene. Nadalje, bioraspoloživost je uobičajeno mnogo manja od 100% kod ne-parenteralnih puteva primjene. Veoma brz stepen apsorpcije se može postići nakon nazalne primjene nekih lijekova. Često (u zavisnosti od fizičkohemijskih osobina lijeka) ovo je praćeno visokom bioraspoloživošću. Prepoznavanje potencijala NDD je dovelo do eksplozije istraživanja (i fundamentalnih i primjenjenih) u ovom polju u poslednje dvije decenije. Lista preparata za nazalnu primjenu na tržištu ili u različitim stadijumima pretkliničkih i kliničkih istraživanja se stalno povećava.

Prepoznavanjem prednosti koje pruža nos za svrhe isporuke lijeka podržan je ovakav razvoj događaja. Ovo uključuje:

1. Veliku površinu dostupnu za depoziciju i apsorpciju lijeka. Efektivna apsorptivna površina nazalnog epitela je još veća zbog prisutnih mikrovila.

2. Nazalni epitel je tanak, porozan (naročito u poređenju sa drugim epitelnim površinama) i visoko vaskularizovan. Ovo obezbjeđuje visok stepen apsorpcije i brz transport apsorbovanih supstanci u sistemsku cirkulaciju za početak terapijskog djelovanja.

3. Porozna endotelna bazalna membrana koja ne predstavlja ograničenje za transport lijeka u sistemsku cirkulaciju.

4. Apsorbovane supstance se transportuju direktno u sistemsku cirkulaciju čime se izbjegava efekat prvog prolaza koji se generalno doživi nakon oralne primjene lijeka.

5. U pojedinim slučajevima, lijekovi mogu biti direktno apsorbovani u CNS nakon nazalnog unosa zaobilazeći krvno-moždanu barijeru.

6. Uopšte govoreći, enzimatska aktivnost nazalnog epitela je niža od onog u GIT-u ili jetri tako da se može postići veća bioraspoloživost ljekova, naročito proteina i peptida. Pored toga, inhibitori enzima su efektivniji nakon nazalne nego oralne primjene zbog većeg stepena razblaženja u poslednjem nego prvom.

7. Realizacija pulsne isporuke nekih lijekova kao humanog hormona rasta, insulina, itd., je veća sa NDD. (nazalna isporuka lijeka<)

8. Nos je pristupačan za samomedikaciju što ne samo da snižava troškove terapije nego i poboljšava komplijansu pacijenta. Rizik od predoziranja je nizak i lavaža nosa se može primjeniti za uklanjanje viška neapsorbovanog lijeka.

9. Reformulacija postojećih ljekova kao NDD proizvoda pruže mogućnost kompanijama da produže životni ciklus svojih proizvoda.

Uprkos navedenim prednostima i potencijalima nazalne isporuke lijeka, postoje velika ograničenja za primjenu lijekova ovim putem. Ograničena količina formulacije se može unijeti intranazalno. Aplikacija velikih količina će poremetiti normalno funkcionisanje nosa ( čulo mirisa i vlaženje udahnutog vazduha). Takođe može dovesti do nereproduktivnosti režima doziranja kao rezultat drenaže rastvora ili izbacivanja doze zbog kijanja. Visoka poroznost nazalnog epitela još uvijek nije dovoljna za apsorpciju svih jedinjenja naročito hidrofilnih i velikih molekula kao što su proteini. Pored toga, nazalna mukoza je enzimatski aktivna, mada u manjoj mjeri u poređenju sa GIT-om. Potencijalna toksičnost ili iritantnost ljekovitog proizvoda je veoma važna stavka koja se mora temeljno ispitati. Uređaj za primjenu lijeka nazalnim putem podliježe strogim zahtjevima zbog reproduktivnosti depozicije. Apsorpcija lijeka i permeabilnost različitih oblasti nazalne šupljine je sasvim različit. takođe, posteriorna depozicija će rezultirati brćim klirensom od strane MCC. MCC je veoma važna fiziološka funkcija nosa koja snažno djeluje protiv nazalne isporuke lijeka. Međutim, neki od ovih izazova mogu biti riješeni u različitoj mjeri primjenom mukoadhezivnih polimera.. Zaista MCC se u velikoj mjeri može kontrolisati ( u mjeri u kojoj postoji dovoljno vremena da se odigra apsorpcija) primjenom

mukoadhezivnih polimera ili u praškastom ili u tečnom obliku. Mukoadhezija lokalizuje formulaciju unutar nosne šupljine duži vremenski period i povećava apsorpciju.

Iako nazalna mukoadhezija povećava vrijeme zadržavanja lijeka i moguće je da poboljšava apsorpciju lijeka, ovakav mehanizam možda neće djelovati za sva jedinjenja, naročito za velike molekule kao što su proteini. Neki polimeri interaguju sa mukusom i/ ili epitelom na takav način da povećavaju permeabilnost epitela. Ovo je dokazano u nekoliko studija sa insulinom. Neki mukoadhezivni polimeri kao što je hitozan i poliakrilne kiseline takođe imaju osobine enzimskih inhibitora. Luessen et al. su dokazali da Carbopol 934P i polycarbophil mogu da inhibiraju tripsin i povećaju apsorpciju koadministrovanih peptida. Takođe je dokazano da takvu aktivnost inhibitora enzima imaju polimeri kao polycarbophil i hitozan. Prema najnovijim saznanjima, ni jedna objavljena studija u literaturi nije urađena za relativni doprinos mukoadhezije, otvaranje tijesnih veza i enzimsku inhibiciju za poboljšanje sveukupne nazalne apsorpcije molekula lijeka. In vitro modeli sposobni za pružanje informacija o efektu polimera na (1) frekvenciju treperenja cilija (CBF) ( smanjena CBF je analogna povećanju vremena zadržavanja lijeka) i (b) epitelne tijesne veze (otvaranje tijesnih veza je analogno većoj permeaciji) mogu biti iskorišćeni u sprezi sa in vivo ili ex vivo modelom da bi se dobio izvještaj za nivo učešća mukoadhezije u poboljšanju apsorpcije.

4. Mukoadhezivna nazalna isporuka farmaceutskih jedinjenja

Mukoadhezivi su korišćeni da bi se poboljšala lokalna i sistemska isporuka terapeutskih jedinjenja. Ova oblast ispituje specifičnu primjenu mukoadhezivnih jedinjenja koja su u vezi sa nazalnom primjenom malih organskih molekula, antibiotika, vakcina, DNK, proteina i ostalih makromolekula.

4.1. Mali organski molekuli

Zbog brzog terapijskog dejstva koje se može postići, ljekovi koji se primjenjuju u urgentnim medicinskim situacijama predstavljaju idealne kandidate za nazalnu isporuku lijeka. Jedan takav lijek, apomorfin, je lijek izbora za tretman on/off sindroma u pacijenata koji pate od Parkinsonove bolesti. Vodeni rastvor jedinjenja se dosta dobro apsorbuje nakon nazalne primjene sa relativnom bioraspoloživošću od 45%. Dalje je dokazano da je moguće postići čak i veću bioraspoloživost (98%) ako se ograniči dreniranje rastvora kroz nazofarinks i brza oksidacija vodenih rastvora sa degradacionim poluživotom u plazmi na 37 C od 39 minuta. Ovo je postignuto primjenom lijeka u obliku praška. U nekoliko studija je pokazano da farmakokinetički profili apomorfina nakon nazalne primjene mogu biti poboljšani nakon inkorporiranja jedinjenja u mukoadhezivne polimere kao što su poliakrilna kiselina, karbopol i karboksimetilceluloza. Ove studije su pokazale da je nazalna relativna bioraspoloživost praškova apomorfina bila veća od rastvora i bila ekvivalentna subkutanim injekcijama. Osim povećanja mukozalnog vremena kontakta za lijek, formulacije mukoadhezivnih praškova su imale dodatnu prednost u ograničenju oksidacije zbog vodene sredine. Iako nazalne mukoadhezivne formulacije pripremljene sa Carbopol 974 P imaju bolje farmakokinetičke profile od nazalnih rastvora, studija je pokazala da

fizičkohemijske karakteristike molekula lijeka i njegovog otpuštanja iz matriksa polimera može uticati na obim i brzinu apsorpcije lijeka. Dakle, inkorporacija ekscipijensa koji se brzo oslobađa (npr. laktoza) može biti od značaja kao što je pokazano za apomorfin formulisan sa Carbopol 974P. Apsorpcija apomorfina je bila veća nakon intranazalne primjene lijeka formulacija sa trenutnim oslobađanjem pripremljenih sa laktozom u poređenju sa subkutanim injekcijama. Koncentracija lijeka u plazmi je bila odrđavana, naročito sa CMC(15% w/w)zbog koje je odrđavana unutar 50% Cmax oko 70 minuta. Klinički značaj ovoga je da se učestalost primjene lijeka može smanjiti za 50%.

U korišćenju mukoadhezivnih polimera za nazalnu isporuku lijeka, prikladno je dokazati da je mukoadhezija dominantan mehanizam odgovoran za poboljšanu apsorpciju lijeka. Za apomorfin, poređen je nazalni klirens proizvoda na bazi ili Carbopol 971P ili laktoze (kontrola), svaki sa i bez lijeka, ili karboksimetilceluloza korišćenjem 99mTc-obilježenog koloidnog albumina u nazalnoj šupljini kod zeca. Ove studije su potvrdile da je upotreba mukoadhezivnih polimera kao što je Carbopol 971P ili karboksimetilceluloza u nazalnim doziranim oblicima povećava njihovo vrijeme zadržavanja u nazalnoj šuplini i pruža mogućnost za produženu nazalnu isporuku lijeka. Studija je takođe pokazala da je apomorfin inhibirao mukocilijarni klirens odkad je migracija radioaktivnosti primjenjena sa ekscipijensima bila u svim slučajevima sporija nego kod odgovarajućeg praška bez apomorfina. Ovo je takođe bilo potvrđeno proučavanjem uticaja lijeka na frekvenciju cilijarnog treperenja u kulturi humanih ćelija nazalnog epitela. Ovi rezultati ističu činjenicu da inhibicija cilijarne aktivnosti može igrati važnu ulogu u produžavanju vremena zadržavanja nazalnih formulacija. Ako ne postoje informacije o efektima određenog jedinjenja na frekvenciju cilijarnog trperenja prije njegove upotrbe u mukoadhezivnim formulacijama, mukoadhezivne osobine ekscipijensa mogu biti precijenjene zbog mogućeg cilio-inhibitornog efekta lijeka kandidata. Stoga je prikladno znati efekat lijeka na frekvenciju cilijarnog treperenja prije odabira određenog mukoadhezivnog polimera za formulisanje jedinjenja.

Pored apomorfina, druga jedinjenja male molekulske mase uključujući budesonid, kofein, ketorolak, metoprolol, midazolam, morfin-6-glukuronat,nikotin, oksiprenolol, oksimetazolin i pentazocin su oprdjeljeni za nazlnu primjenu sa mukoadhezivima. Efikasnost lijekova (npr. steroida, bronhodilatatora) usmjerenih na respiratornu mukozu za bolesti kao što je rinitis i astma generalno zavisi od trajanja dejstva, a time i od vremena zadržavanja lijeka u mukozi. Za flutikazon-propionat, zadržavanje može biti postignuto isključivo putem lipofilnosti, dok za budesonid dodatnu mogućnost može obezbjediti njegova sposobnost da formira estre masnih kiselina u sluzokoži disajnih puteva koji otpuštaju aktivni lijek ili upotreba mukoadheziva. Nakamura et al. su dokazali da bioadhezivni kalemljeni kopolimeri i polimetakrilna kiselina i polietilenglikol (P(MAA-g-EG)) punjeni budesonidom rezultiraju relativno brzom apsorpcijom (Tmax, 45 min) sa steady-state plazma koncentracijom koja je trajala duže od 8 h zbog kontinuiranog oslobađanja lijeka iz polimera. ovo je bilo moguće zato što su polimeri koji sadrže karboksilne kisele grupe adheriraju snažno za epitel sluzokože zbog interakcija vodoničnih veza u sredinama gdje je pH manji od 5, i karboksilne kiseline ne disosuju. Kao i kod

budesonida,pokazano je da mukoadhezivna formulacija ksilometazolina pokazuje značajno duže kliničke efekte ( mjerene/subjektivne ocjene) od ne-mukoadhezivnih proizvoda. Ovo je pripisano adhezivnosti formulacije, koja je dozvoljavala adrenergičkom agonisti da ostane duže na mjestu aplikacije što dovodi do produženog i izraženijeg efekta. Kada se morfin da oralno, bioraspoloživost je oko 20-32%. Illum et al. su dokazali da mukoadhezivna formulacija jedinjenja bazirana na hitozanu dovodi do brze apsorpcije jedinjenja (Tmax 15 min) sa bioraspoloživošću od oko 60%. Plazma profili nakon nazalne administracije sa hitozanom su bili bolji od jednostavnih tečnih formulacija, ali slični onima dobijenim nakon intravenskih doza.

Pilot studije koje koriste formulacije za tretman probijajućeg bola kod pacijenata sa kancerom nagovještavaju da bi nazalne morfin-hitozan formulacije bile prihvatljive, dobro podnošljive i mogle dovesti do brzog početka otklanjanja bola. Pokazano je da se bioraspoloživost drugog analgetika, ketorolaka znatno poboljšava kada se primjeni nazalno sa mikrokristalnom celulozom. Razlike u bioraspoloživosti jedinjenja kada su formulisana sa različitim derivatima celuloze potiču od brzine oslobađanja lijeka iz mukoadhezivnih preparata. istaknuto je da u nekim slučajevima lijek možda neće biti potpuno oslobođen iz polimernog matriksa prije nego što bude uklonjen iz nazalnog epitela mukocilijarnim klirensom. Ybog toga, dobri in vitro profili oslobađanja su bitni da bi se postigla željena in vivo bioraspoloživost. U drugim studijama oksprenolol i metoprolol su bili efikasno isporučeni kroz nazalnu mukozu korišćenjem mukoadhezivnih formulacija baziranih na alginat i želatin/poli(akrilna kiselina) mikrosfere koje su bile veće sa rastućim sadržajem poli(akrilne kiseline). In vitro sudije ukazuju na to da natrijum alginat mikrosfere metoprolol tartarata značajno unapređuju terapijsku efikasnost metoprolola sa produženom i kontrolisanom inhibicijom izoprenalin-indukovane tahikardije u poređenju sanoralnom i nazalnom primjenom rastvora lijeka. Za dopamin su, ikeda et al. dokazali korišćenjem pasa rase bigl da je bioraspoloživost dopamina formulisanog sa hidroksipropilcelulozom (2%) u kombinaciji sa azonom (2%) slična sa intravenskim injekcijama. Visoke plazma koncentracije jedinjenja su održane do 7 h zahvaljujući pojačanju apsorpcije azonom i produženo intranazalno zadržavanje lijeka izazvano hidroksipropilcelulozom. Koristeći adhezione studije, Fundueanu et al. da su mikrosfere od skroba/ciklodekstrina dobri mukoadhezivni ekscipijensi za nazalnu isporuku gabeksat mezilata korišćenog za tretman alergijskog rinitisa. Slično tome, rastvaranje benzodiazepina sa 14% sulfobutiletar-b-ciklodekstrinom koji sadrži 0,1% (w/v) hidroksipropilmetilcelulozu poboljšava nazalnu apsorpciju midazolama kod ljudi volontera.

4.2. Antibiotici

Mnogi antibiotici se i dalje isključivo primjenjuju parenteralnim putem. Za one koje se primjenjuju oralno, neki od njih pokazuju nestalnu i nepotpunu apsorpciju. Nedavno je nekoliko studija ispitalo potencijal nazalnog puta za sistemsku isporuku antibiotika upotrebom mukoadhezivnih polimera. U preliminarnoj studiji Lim et al. su spremili i procijenili mukoadhezivne mikrosfere hijaluronske kiseline i hitozana za nazalnu isporuku gentamicina i ostalih ljekova. Studija je pokazala da mikrosfere hijaluronske kiseline i hijaluronska

kiselina/hitozan mikrosfere mogu da adheriraju za nazalnu sluz. Nakon toga, autori su pokazali da hijaluronska kiselina i hitozan mogu biti iskorišćeni za nazalnu primjenu antibiotika da bi se dobila visoka bioraspoloživost i produženo oslobađanje. U drugoj studiji Canan et al. su predložili, na osnovu veličine čestica, prinosa proizvodnje, efikasnosti enkapsulacije, oblika i površinskih svojstava, interakcije lijek-polimer, mukoadhezivnih sposobnosti i in vitro oslobađanja lijeka da je hidroksipropilmetilceluloza dobar polimer za sistemsku isporuku gentamicina nazalnim putem. Uspješna nazalna isporuka drugih antibiotika kao što su vankomicin i tobramicin sa hitozanom je takođe uočena. Pokazano je da prisustvo soli hitozana usporava oslobađanje vankomicin hidrohlorida na pH 5.5 i pH 7.4, čime se garantuje produženo oslobađanje u kiselom i baznom pH lijeka u nazalnoj šupljini. Studije koje uključuju nazalnu isporuku ciprofloksacin hidrohlorida korišćenjem hidroksipropilmetilceluloze (HPMC), hidroksietilceluloze (HEC), i metilceluloze (MC) su pokazale da bioraspoloživost ciprofloksacin gel formulacija pripremljenih sa HPMC gotovo identična onoj koja se primjenjuje oralnim putem, ali bioraspoloživosti HEC i MC su bile niže nego kod oralnih preparata. Međutim, uključivanje 1% (w/w) Tween 80 je rezultiralo značajnim poboljšanjem u bioraspoloživosti ciprofloksacina u poređenju sa oralnom primjenom. Prisustvo Tween 80 u formulaciji je moguće olakšalo oslobađanje i difuziju antibiotika kroz celulozne matrice.

Iako je veoma interesantno primjeniti antibiotike nazalnim putem, upotreba mukoadheziva povlači za sobom razna bezbjedonosna pitanja zbog produženog vremena zadržavanja lijek-polimera u nazalnoj sluzokoži, što može dovesti do superinfekcije što je dokazano za gastrointestinalnu sluzokožu. Kada se upotrebe antibiotivi širokog spektra dejstva povećano kontaktno vrijeme može narušiti normalnu nazalnu mikrobiološku floru. Ovo može dovesti do superinfekcija kao što je dokazano u gastrointestinalnoj mukozi. Ovo treba uzeti u obzir kada se vrši odabir antibiotika koji se isporučuju nazalno korišćenjem mukoadheziva.

4.3. Makromolekuli

4.3.1. Vakcine i DNK

Nazalna vakcinacija je još jedna interesantna mogućnost koja čeka da bude istražena. Patogena infekcija u takvim stanjima bolesti kao što su influenza, pertusis, meningitis, boginje, itd. se pojavljuje prvenstveno kao rezultat dobijanja pristupa tijelu petogena putem kontakta sa sluzokožom. Zbog toga su ove bolesti idealni kandidati gdje se može primjeniti nazalna vakcinacija jer neutrališe antitijela i specifični ćelijski odgovori na onim mjestima gdje se može odigrati ulazak patogena. Za razliku od humanog sistemskog imuniteta, koji slabi godinama, lokalni imunitet pridružen sluznicama eksperimentalnih životinja ne opada sa godinama. Osim što je nos prva tačka kontakta sa inhaliranim patogenima, bogata je limfoidnim tkivom, specifično nazalno pridruženo limfno tkivo. Put primjene je jednostavan, jeftin i može piti primjenjen na širokoj populaciji. Eliminiše upotrebu igala i takvih rizika od infrkcija ( naročito u siromašnim zemljama) kao što su hepatitis B,HIV itd. Postoji relativno velika površina na koju se može odvijati resorpcija antigenog materijala. Mukozna imunizacija može biti bezbjednija i

uspješnija kod mlađe djece u prisustvu majčinih antitijela što je demonstrirano visokom efektivnošću žive polio vakcine kada se daje na rođenju.

Više puta je pokazano da sistemski i mukozni sistem mogu biti indukovani nakon nazalne vakcinacije životinja i čovjeka. Nedavno je u pregledu članka Lemoine-a i saradnika sumirana vakcinacija korišćenjem nazalno primjenjenih mikročestica. U studijama citiraju, da su izazvani različiti nivoi imunih odgovora. Vila et al. su proučavali nazalnu imunizaciju toksioidom tetanusa nakon inkapsulacije i primjene u obliku PEG-obloženih nanosfera polimlečne kiseline, hitozan-obloženih polimlečna-glikolna kiselina nanosfera i hitozan nanosfera. Zapazili su da PEG-obložene nanosfere uzrokuju veće nivoe toksoida tetanusa u krvi u poređenju sa hitozan-obloženim nanosferama. s druge strane, dobijeni su visoki IgG titri 6 mjeseci nakon primjene hitozanskih nanosfera. Westerink et al. su istražili imunizaciju pomoću formulacije toksoida tetanusa sa pluronic F 127, hitozan ili hitozana/pluronic F 127 i pokazali da je kombinacija hitozana i pluronic F 127 bolja od oba polimera kada se primjene pojedinačno. Glavna prednost adjuvanasa kao što je hitozan obuhvata njegovu nisku toksičnost, osjetljivost na biodegradaciju, mukoadhezivna svojstva i kapacitet unapređenja penetracije lijeka kroz mukozne barijere. Vrsta formulacije hitozana koja je korišćena (rastvor ili prah) za nazalnu primjenu antigena može uticati na efikasnost imunog odgovora i moguće permeaciju antigena kroz nazalnu sluzokožu.

Sposobnost niskomolekularnog hitozana da aktivira dugotrajni humoralni i mukozni imuni odgovor je takođe važna prednost. Dokazano je da hitozan značajno pojačava imuni odgovor nazalno primjenih vakcina (npr. vakcine protiv influence, pertusisa i difterije) izazivanjem srumskog IgG odgovora sličnog nivoima sekretornog IgA i veči od onoga koji je izazvan parenteralnom primjenom vakcine. U drugoj studiji, hitozan je pokazao značajan pozitivni uticaj na imuni odgovor dobijen kod miševa nakon nazalne primjene vakcine protiv influence. Slično su dobijeni vrlo obećavajući rezultati I faze kliničkih ispitivanja vakcine protiv influence. Hitozan je takođe povećao titar IgG nakon primjene vakcine protiv difterije. U složenoj studji koja je uključila 25 volontera prethodno vakcinisanih protiv difterije je pokazano da formulacija sa hitozanom bolja od ne-hitozanske formulacija u izazivanju neutralizacije nivoa antitijela. Pozitivnom efektu hitozana je pripisano da povećava vrijeme zadržavanja i otvara epitelne tijesne veze u nazalnom epitelu.

Uprkos uspjehu koji je do sada postignut u vezi sa nazalnom isporukom antigena sa mukoadhezivima, Alpar et al. su istakli činjenicu da postizanje zaštitnih imunih odgovora nakon nazalne imunizacije nije manje važno od toga sa formulacijama koje su istovremeno bezbjedne i komercijalno isplative. Park et al. su dokazali da upotreba in situ gelirajućih i mukoadhezivnih polimernih vehikuluma (poloksameri, polikarbofil ili polietilenoksid) može efektivno i bezbjedno poboljšati nazalnu retenciju i apsorpciju plazmida DNK. Najinteresantniji aspekt studije je da brzina i obim nazalne apsorpcije može biti kontrolisan izborom mukoadhezivnih polimera i njihovog sadržaja.

4.3.2. Proteini

Zbog velike molekulske mase proteina, brzog mukocilijarnog klirensa i enzimske degradacije javlja se niska apsorpcija ovih jedinjenja. Smatra se da neki mukoadhezivni polimeri produžavaju vrijeme zadržavanja i poboljšavaju preuzimanje velikih molekula kroz nazalnu mukozu. Vrlo često se neproteinska jedinjenja velike molekulske mase, koriste kao surogati u ispitivanju mukoadhezivnosti za nazalnu primjenu proteina. Takve studije su dale korisne informacije u vezi nazalne isporuke proteina sa mukoadhezivima. Garcia et al. su pokazali da inkorporacija cijanokobalamina u mikrokristalnu celulozu, mikrosfere dekstrana, i krospovidon rezultiraju značajnim poboljšanjem bioraspoloživosti cijanokobalamina u odnosu na jednostavne nazalne rastvore kod zečeva. U drugoj studiji, Hamman et al. su ispitivali efekte stepena kvaternizacije mukoadhezivnog N-trimetil hitozan hlorida (TMC) na poboljšanje nazalne apsorpcije 14C-manitola kod zečeva. Koadministracija TMC polimera vodi ka pojačanoj apsorpciji 14C-manitola u nazalnom putu primjene kod pacova i u pH 6.2 i 7.4. Međutim stepen kvaternerizacije TMC-a igra značajnu ulogu u svojstvima ovog polimera da poveća apsorpciju, pogotovo u pH 7.4. Prema autorima gustina naelektrisanja na TMC molekula treba da dostigne graničnu vrijednost da bi izazvao značajne interakcije da bi se otvorile tijesne veze između susjednih epitelnih ćelija da bis e povećao paracelularni transport u neutralnoj sredini. Za odabir određenog tipa matriksa za nazalnu isporuku proteina, Witschi et al. su pokazali (koristeći BSA i in vitro model ćelijske kulture) da Carbopol gel i mikročestice hitozana mogu da se koriste za isporuku proteina.

Insulin je jedan od najšire proučavanih proteina u vezi sa nazalnom isporukom pomoću mukoadheziva. Strategije koje su usvojene za optimizaciju upotrebe mukoadheziva za nazalnu isporuku insulina uključuju pripremu formulacija u vidu mikro- ili nanosfera, inkorporaciju inhensera apsorpcije i kombinaciju različitih polimera. Dyer et al. su dokazali da za hitozan, najefektivnija formulacija za nazalnu apsorpciju insulina jeste hitozan sistem isporuke u obliku praha, za koji je utvrđeno da je bolji od nanočestica hitozana i formulacija rastvora hitozana. Prema studiji, nanočestice nisu poboljšale efekat pojačavanja apsorpsije hitozana. Međutim nazalna primjena mukoadhezivnog skrobnih mikrosfera je pokazala da sinergistički povećava efekat inhensera apsorpcije ( što funkcioniše zbog interakcije sa lipidnom barijerom) na permeaciju insulina kroz nazalnu sluzokožu u ovce. Sinergija je pripisana povećanom vremenu zadržavanja lijeka, što inhenserima obezbjeđuje dovoljno vremena da djeluju na membrane epitela. Upotrebom različitih proporcija raznih mukoadheziva, Callens i Remon su prijevili da nakon nazalne primjene insulina formulisanog sa voštanim kukuruznim skrobom sušenim u bubnju (DDWM) ili maltodekstrina i Carbopol 974P, najviša apsolutna bioraspoloživost koj je dostignuta je 14.4% za smješu koja se sastoji od DDWM/Carbopol 974P 90/10. Studija je kao kritične parametre, koji zahtjevaju optimizaciju prije primjene ovih polimera za nazalnu isporuku insulina, identifikovala punjenje ljekovite supstance i liofilizaiciju.

Razlike u nazalnoj bioraspoloživosti između različitih nosača je moguće objasniti razlikama u GV (modul skladištenja, elastičnost) i GU (modul gubitaka, viskoznost) vrijednosti. Formulacije koje daju najveću bioraspoloživost obezbjeđuju takođe i najviše GV i GU vrijednosti. Kada se

insulin pripremljen sa ovim polimerima primjeni na zečevima jednom dnevno tokom nedelju dana, uočava se dramatično smanjenje bioraspoloživosti insulina. Ovo se događa zbog velike gustine bioadhezivnih praškova u nazalnom mukusu, koji su formirali fizičku barijeru koja ograničava permeaciju insulina. Koristeći hipoglikemiju kao terapijski indeks, Wang et al. su pokazali da intranazalna primjena insulina sa aminovanim želatinom značajno povećava hipoglikemiju u poređenju sa intranazalnom primjenom insulina u fosfatno puferizovanom fiziološkom rastvoru. Ovo pokazuje da aminovani želatin efikasno poboljševa nazalnu apsorpciju insulina. U povezanoj studiji je pokazano da je efekat snižavanja nivoa glukoze u krvi formulacije glukagona u obliku praška za nazalnu primjenu sa mikrokristalnom celulozom imao prednost nad tečnim formulacijama zbog veće stabilnosti, smanjene iritaicije i boljeg dispergovanja. Uočena je značajnost želatinskih mikrosfera, mikrokristalne celuloze, hitozana, paloksamera 407 (Pluronic F-12) za sistemsku isporuku kalcitonina, leuprolida, atrijalnog natriuretičkog faktora, desmopresina i tetrakosaktida (ACTH1-24) u odnosu na nazalnu upotrebu.

5. Polimeri nove generacije koji se koriste za nazalnu isporuku lijeka i karakterizacija NDD proizvoda

5.1. Nova generacija mukoadheziva za nazalnu primjenu

Prvobitno istraživanje nazalne mukoadhezije je uključivalo polimere proizvedene u druge svrhe u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji. Kao što je pokazano u tabeli 2, nekoliko različitih vrsta polimera je korišćeno za isporuku različitih tipova/klasa ljekova. U većini slučajeva su dobijeni veoma ohrabrujući rezultati, u toj mjeri u kojoj se mogu razviti proizvodi namjenjeni tržištu. U većini drugih slučajeva dobijeni su marginalni ili nikakvi rezultati. Dalja ispitivanja uzroka neuspjeha su ukazala na probleme kao što su (1) isporuka iz uređaja i deponovanje u odfovarajućem regionu nazalne šupljine (2) nedostatak specifičnosti tkiva u odnosu na adheziju (3) redukovano vrijeme adhezije (4) nedostatak sposobnosti pojačavanja permeacije, (5) interakcija između lijeka i polimera koja dovodi do smanjenja oslobađanja lijeka iz doznog oblika, povećana nestabilnost lijeka, itd. , i (6) toksičnost koju izaziva polimer. Napori da se prevaziđu ovakvi problemi su naveli istraživače da razviju nove polimere, takozvane mukoadhezive druge generacije, od kojih su mongi razvijeni i tetirani za oralnu isporuku lijeka. Iako je mehanizam adhezije isti i u nazalnim oblastima kao i u oblatima gastrointestinalnog trakta, funkcionalnost polimera vodi do veće specifičnosti za određeno tkivo/organ.

Najjednostavnija formulacija za nazalnu isporuku je nesumnjivo jednostavan rastvor lijeka i odgovarajućeg polimera. Mukoadhezivni polimerni rastvori su često viskozni i teško ih je primjeniti intranazalno. Trenutno pogodni sistemi nisu lako dostupni. Pored toga ulaz energije koji zahtjeva od takvih uređaja da disperguju viskozne rastvore u kapi za nos je ogroman. Ova energija će dovesti do termalne i .. degradacije mnogih ljekova naročito proteina i drugih biofarmaceutika. Prepoznavanje ovog problema dovodi do razvoja nove klase mukoadhezivnih polimera i testiranja nekih od postojećih polimera koji su ili osjetljivi na promjenu pH ili teramalno osjetljivi u NDD. Rastvori ovih polimera pokazuju nisku gustinu pod uslovima

okruženja ali stvaraju gel nakon nazalne primjene kao rezultat promjene temperature ili pH u okviru lokalne nazalne sredine. Nakamura et al. su objavili veoma ohrabrujuće rezultate sa bioadhezivnim kalemljenim kopolimerima polimetakrilne kiseline i polietilenglikola u vidu praškastog sistema isporuke budesonida kod zečeva. Priroda polimera obezbjeđuje da bubre na neutralnoj ili osnovnoj pH i da se skupljaju u kiseloj sredini, odgovarjući deproteinaciji i proteinaciji karboksilnih funkcionalnih grupa. Prijevljeno je da nakon nazalne primjene, nivo budesonida u plazmi je prilično produžen, u višku od 8 h sa Tmax od 45 min. Hitozan-4-tio-butil-amidin, hitozan tioglikolna kiselina i cisteamin konjugati karboksimetilceluloze i polikarbofil su neki od novih generacija polimera koji su pH senzitivni. Iako su ovi konkretni polimeri primarno ispitivani za oralnu isporuku lijeka, opseg pH (pH 5-5.5) u kom su geliranje i mukoadhezija optimalni je unutar fiziološkog opsega pH (pH 5-6.5) nazalne mukoze, zbog toga treba da daju pozitivne rezultate kada se primjenjuju za nazalnu isporuku lijeka.

Park et al. su objavili uspješnu isporuku plazmida DNK upotrebom termo-osjetljivih polimera, poloksamer u kombinaciji sa bioadhezivnim polimerima polikarbofilom ili polietilen oksidom. Oba polimera snižavaju temperaturu geliranja poloksamera, nagovještavajući da bi se moglo manipulisati sa ovom temperaturom geliranja da bi se pojavila u temperaturnom opsegu koji postoji u nazalnoj mukozi. Formulacija koja sadrži polikarbofil i poloksamer je najbolja i omogućava 11-struki u apsorbovanoj DNK u poređenju sa fiziološkim rastvorom. U drugoj studiji polimeri koji reaguju na promjenu temperature su korišćeni za uspješno pojačavanje rektalne apsorpcije acetaminofena. Poslednja decenija je svjedočila povećanju broja prirodnih i sintetskih polimera koji su modifikovani da bi se povećala njihova mukoadhezija ili svojstvo pojačavanja permeacije. Neki od ovih polimera, uključujući hitozan, želatin, alginat i poliakrilne kiseline. Još jedan aspekt bioadhezije u nastajanju je nazvan citoadhezija i podrazumjeva direktnu adheziju materijala na epitelnu površinu ćelije. Lektini su prirodni glikoproteini koji imaju sposobnost da nespecifično adheriraju za epitelne ćelije i bivaju internalizovani od strane ovih ćelija. iako postoji mali broj nazalnih studija koje koriste lektine, oni imaju dobar potencijal za upotrebu u nazalnoj isporuci ljekova, naročito gdje je interanalizacija inkapsuliranog lijeka u nanočesticama od velikog značaja kao što je isporuka DNK. Razlog za brigu je taj što lektini mogu izazvati toksičnost što je objavljeno za lektine koji su dobijeni iz Ricinus communis, Phaseolus vulgaris, Lycopersicon esculentum i Canavalia ensiformis.

5.2. Karakterizacija polimera za nazalnu isporuku lijeka

Bioadhezivni polimeri namijenjeni za nazalnu isporuku lijeka moraju biti temeljno okarakterisni prije upotrebe da bi se izbjegao neuspjeh proizvoda bilo zbog nedostatka očekivanih performansi ili toksičnosti. Karakterizacija proizvoda mora uzeti u obzir (1) određenu bolest koja treba da se trtira (2) očekivanu učestalost primjene (3) količinu formulacije po primjenjenoj dozi (4) toksičnost nakon akutne, subakutne i hronične primjene u zavisnosti od slučaja (5) vrijeme zadržavanja nakon jedne i/ili ponovljene primjene, (6) in vivo oslobađanje lijeka nakon 1 i/ili nekoliko primjena lijeka ako je pogodno i (7) lijek-polimer interakciju. Nekoliko in vitro metoda je korišćeno da bi se opisala mukoadhezivna svojstva polimera. Sve in vitro metode imaju jedan

ili više nedostataka i stoga je nemoguće ekstrapolirati bilo koji od ovih in vitro rezultata na in vivo uslove.

Razvijen je sistem baziran na modifikaciji rotirajuće košarice iz USP XXII, rotirajuće čaše da bi se ispitalo in vitro oslobađanje lijeka iz mikrosfera za nazalnu administraciju. Ova modifikacija se sastojala u pričvršćivanju obrnute aluminijumske čaše za polikarbonatni držač čaše fiksiran na čeličnu šipku. Unutrašnje dimenzije čaše su 3.6 cm (dijametar) i 1.5 cm (dubina). Praškovi su izmjereni na membranskom filteru od polietilensulfona sa porama od 0.45 µm i čvrsto vezanom između aluminijumskog prstenastog držača filtera i čaše sa zglobovima (kliještima, spojnicama). Dva žlijeba sa strane svakog pojedinačno držača filtera naspram filtera predstavljaju otvore koji omogućavaju potpuni kontakt između medijuma koji se propušta i filtera. Modifikacija rotirajuće korpice oficinalne u USP predstavlja pokušaj da se simulira in vivo situacija gdje , u nosu, prašak nije u direktnom kontaktu sa viškom tečnosti kao u želudcu. Polietilensulfonski membranski filter razdvajanjem donorskog i akceptorskog odeljka omogućava praškovima da apsorbuju vode onoliko koliko je dovoljno za njihovu hidrataciju bez imanja u vidu dodatne barijere za oslobađanje lijeka.(?) Ova činjenica je dokazana brzim oslobađanjem apomorfina iz liofilizirane smješe laktoze. Jedini limitirajući faktori su oslobađanje lijeka iz i difuzij kroz gel u oslobođeni medijum sa dostupne površine. Kod ostalih aparata koji se koriste za proučavanje in vitro stepena oslobađanja iz mikrokapsula za nazalnu primjenu kao što je metoda sa lopaticom i čaša sa magnetnom mješalicom, postoje ograničenja gdje se mikrokapsule počinju direktno rastvarati u višku medijuma za oslobađanje. Ovo ne odgovara in vivo situaciji sa kojom se susreću mikrokapsule nakon nazalen ili bukalne primjene. U ovom sistemu je zapažen pravac u kome punjenje lijeka utiče na stepen oslobađanja in vitro kao i in vivo ali u različitom obimu. Brojne metode/modeli za karakterizaciju toksikoloških profila nazalne isporuke lijeka su opisani. In vitro modeli, naročito oni zasnovani na tkivima ili ćelijama humanog porijekla su veoma interesantni budući da se rezultati više odnose na humane sizuacije in vivo u poređenju sa studijama baziranim na tkivima drugih životinja. Ovo je naročito značajno kada razmatramo (1) metaboličku aktivaciju nazalno primjenjenih jedinjenja do potencijalno toksičnih metabolita (2) ciliotoksičnost nekih jedinjenja koja može uključivati fosforilaciju specifičnih proteina, (3) potencijalni nazalni iritansi koji mogu izazvati oslobađanje autakoida. Kada se koriste in vitro humani markeri toksičnosti ćelijske povrede mogu biti identifikovani i procjenjeni protiv in vivo humanih podataka koristeći standardizovane citološke,biohemijse, imunološke i molekularno biološke pristupe. Neki od specifičnih proteina ili izoformi uključenih u kaskadnim događajima koji dovode do toksičnosti su zavisni od vrste. Ove in vitro studije ni na koji način ne zamjenjuju in vivo studije na životinjama, i eventualno čovjeku. Efekti višestruke primjene na vrijeme zadržavanja i oslobađanje lijeka su razumljiviji u in vivo eksperimentanom okruženju. Interakcija između lijeka i mukoadhezivnog polimera može smanjiti apsorpciju lijeka, kao što je bio slučaj između ciprofloksacina i kalcijum polikarbofila.

Postoje neki mukoadhezivni polimeri koji su sposobni da se odupru MCC sa poluživotom klirensa veoma dugog trajanja. primjena takvih polimera u razvoju proizvoda može potencijalno

da rezultira primjenom proizvoda jednom dnevno umjesto 2-4 puta dnevno. U ovom slučaju će kontinuirano oslobađanje (kontrolisano oslobađanje) biti postignuto i to je trenutno tehnički moguće. Međutim, takav proizvod, koji usporava MCC tako dugo vremena, može dovesti do lokalne inflamacije ili infekcije nakon nekoliko puta primjene. Veoma je preporučljivo da se različiti toksikološki scenariji ispitaju u zavisnosti od namjene proizvoda. Osim izbora formulacije za proizvod sa kontrolisanim oslobađanjem potrebno je mnogo više toga uzeti u obzir. U stvari, samo trenutno i kontrolisano oslobađanje (samo nekoliko sati) treba primjenjivati nazalno. Nepotrebna interferencija sa MCC treba da se izbjegne.

6. Mogućnosti nazalne isporuke lijeka

6.1. Mukoadhezija kao brzi industrijski razvoj proizvoda

Prednosti nazalne primjene lijeka u poređenju sa oralnim ili parenteralnim putem je bio opisan u odeljku tri. Korišćenje ovih jedinstvenih prednosti može dovesti do ubrzanog razvoja proizvoda. Ovo je dokazano kako povećanjem broja ljekova koji se primjenjuju nazalno tako i kompanijama koje su ili potpuno specijalizovane za nazalnu isporuku lijeka ili imaju snažno prisustvo u ispitivanjima nazalne isporuke lijeka.

Mogućnost povećane apsorpcije lijeka će omogućiti proizvodni razvoj nazalnih peptida i malih proteina, dok ovo neće biti moguće sa oralnim putem primjene i eliminisaće upotrebu injekcija, sa njihovim široko objavljenim ograničenjima. Povećana apsorpcija (zahvaljujući visokoj epitelnoj poroznosti/permeabilnosti) zajedno sa niskom enzimskom aktivnošću će djelovati sinergistički prema povećanju apsorpcije lijeka. Kontrolisano oslobađanje se takođe može postići nakon nazalne primjene. Brojn i polimeri korišćeni u nazalnoj mukoadheziji su temeljno testirani kod ljudi za druge primjene i većina već ima GRAS (Generally Regarded As Safe- generalno se smatra bezbjednim) status. Iako ovo ne isključuje potrebu sprovođenje lokalnih nazalnih toksikoloških studija, značajno smanjuje troškove razvoja proizvoda tako što ovaj put primjene čini atraktivnim za industrijske rukovodioce. Osim širenja plasmana proizvoda, to je ekonomski način upravljanja životnim ciklusom. Pretvaranje “starog” lijeka prethodno primjenjivanog parenteralno u nazalni proizvod neće samo proširiti/produžiti patentni položaj već će takođe smanjiti troškove robe i povećati komplijansu pacijenata. Kratka putanja razvoja proizvoda i mnoštvo bolesti kod kojih se može primjeniti nazalna isporuka lijeka su druge prednosti koje treba pomenuti. Dvojna strategija smanjenja vremena razvoja proizvoda primjenom postojećih ekscipijenasa za nazalnu isporuku lijeka je uspješno primjenjena u razvoju proizvoda kao što je Rhinocort®.

7. Razmatranja bezbjednosti

Pojačanje apsorpcije i toksičnost su ključni ishodi u ispitivanju i dizajnu efikasne i sigurne formulacije lijeka za nazalnu primjenu. Sa farmakokinetičke tačke gledišta, postizanje produženog oslobađanja za nekoliko sati je poželjno. Međutim, toksičnost ekscipijenasa bi se mogla pogoršati zbog produženog kontakta sa nazalnom mukozom. U idealnom slučaju,

mukoadhezivni polimeri i drugi ekscipijensi moraju biti uklonjeni iz nazalne mukoze u toku nekoliko sati kako ne bi narušili mukocilijarni sistem. Mnogi mukoadhezivi djeluju tako da se suprotstavljaju mukocilijarnom transportnom sistemu putem produžavanja intranazalnog polimer-lijek vremena zadržavanja. U zavisnosti od unutrašnjih osobina određenog polimera i punjenja lijeka u njemu, to može rezultirati većom toksičnošću u poređenju sa jednostavnim nazalnim rastvorima ili aerosolima. Glavni toksikološki ciljevi za nazalno primjenjene ljekove uključuju lokalnu iritaciju/oštećenje tkiva, epitelnu/subepitelnu toksičnost i ciliotoksičnost. Nadalje, relativno nizak promet sluzi nazalen mukoze u poređenju sa gastrointestinalnom mukozom, produžena mukoadhezija može rezultirati u plodno okruženje za utvrđivanje oportunističkih infekcija respiratornog trakta.

Prilikom razvoja mukoadhezivnih ljekovitih proizvoda za nazalnu primjenu, primjereno je procijeniti dejstvo i lijeka i ekscipijenasa na ova ciljna mjesta.(ciljeve. mete) Među svim mukoadhezivima koji se koriste za nazalnu isporuku lijeka, nijedan nije prošao kroz opsežne studije mukozne i mukocilijarne toksičnosti kao hitozani. Da bi se ispitala bezbjednost trimetil hitozana nakon nazalne primjene, Thanou et al. su istražili citotoksične i ciliotoksične efekte hitozana različitog stepena supstitucije (20, 40 i 60%) korišćenjem CaCO2 i modela pileće trahee. Značajna oštećenja ćelijske membrane ne mogu biti otkrivena na CaCO2 ćelijama tretiranim N-trimetil hitozano, dok je nađeno da je dejstvo na CBF beznačajno. poredbene studije sa isječcima humanog nazalnog tkiva i humanim volonterima su takođe pokazale bezbjednost ove klase mukoadheziva. Za ex vivo studije, opseg hitozana sa različitim molekularnim težinama je bio primjenjen na svježe amputiranim nosnim školjkama, i njihov uticaj na stepen transporta sluzi je zabilježen. Veća molekulska masa polimera i primjena većih zapremina dovodi do duže inhibicije stepena transporta mukusa. Prolazni inhibitorni efekat na stepen transporta mukusa školjke u vezi sa zapreminom primjenjenog rastvora hitozana i molekulska masa hitozana su testirani. In vivo studija koja je uključivala skrining efekta hitozan glutamata na vrijeme klirensa saharina, je pokazala da primjena jednom dnevno 0.25% rastvora hitozana u toku sedam dana nema efekta ni na klirens saharina ni na nazalnu histologiju što je ispitano svjetlosnom mikroskopijom.

Upotrebom in vitro sistem humane nazalne ćelijske kulture prikazujući prethodno validiranu in vitro ciliogenezu, ispitan je efekat Carbopol-a 971P i karboksimetil celuloze na frekvenciju cilijarnog treperenja (pokretač mukocilijarnog klirensa). I Carbopol 971P i karboksimetilceluloza su izazvali samo blagu do umjerenu inhibiciju cilija, koja je bila zavisna od koncentracije i djelimično reverzibilna nakon uklanjanja polimera. Formulacije nisu imale značajan štetni efekat na subakutnu intranazalnu primjenu u zečeva in vivo. Međutim blaga do umjerena inflamacija nazalne mukoze je primjećena. Za razliku od karboksimetilceluloze, Carbopol 971P izaziva tešku upalu, mada nez nekroze, skvamozne metaplazije ili cilijarne degeneracije. Koristeći nazalnu mukozu zečeva i sluz od puževa, Callens et al. su dokazali da mukoadhezivne formulacije pripremljene sa voštanim kukuruznim skrobom sušenim u bubnju i Carbopol 974P(90/10) ne izazivaju veliku štetu na nazalnoj sluzokoži. Dvadesetčetiri časa nakon primjene na zečevima oslobađanje marker molekula (LDH, itd.) je bilo uporedivo sa negativnom kontrolom. U drugoj

studiji, pokazano je da se ovi ekscipijensi dobro podnose. Iako izazivaju veću produkciju sluzi kod puževa, nije bilo dodatnih uticaja na tjelesnu masu, hidtopatologiju ili oslobađanje proteina. Usvajajući in vitro pristup korišćenjem komore i isječene nazalne mukoze svinje, Osth et al. su takođe pokazali da Carbopol 934 nije uticao na vijabilnost mukoze i da su stepen i profil pojavljivanja ispitivanih jedinjenja na strani prijemnika bili nezavisni bilo da se supstanca oslobađa iz nemodifikovanog gela ili iz nemodifikovanog rastvora.

S obzirom na podatke o nazalnoj toksičnosti koji su dostupni u literaturi i efikasnosti kao nazalnih mukoadheziva, hitozani i neki derivati celuloze su se pokazali veoma obećavajućim za razvoj nazalnih ljekovitih proizvoda. Drugi mukoadhezivi mogu takođe biti veoma korisni ; međutim neophodno je više studija, naročito ispitivanja o efektima ekscipijenasa na frekvenciju cilijarnog trperenja i/ili mukocilijarni transportni sistem. ovo je veoma bitno jer se koncept mukoadhezije protivi osnovnom fiziološkom sistemu (mukocilijarni klirens) koji štiti respiratorni sistem od bakterija, virusa i štetnih materija.

8.Zaključak

Postoji mnogo uzbudljivih istraživanja na polu nazalne isporuke lijeka uključujući mukoadheziju. Noviji proizvodi na tržištu zasnovani na postojećim polimerima su u porastu, dok se novi polimeri i uređaji za primjenu još uvijek razvijaju. Postoji mnogo osnova za optimizam u vezi sa dobrobitima (prednostima) koje se mogu izvesti iz više fundamentalnog istraživanja i primjene dovodeći do boljeg razumijevanja predmeta i eventualno više proizvoda na tržištu. tačka opreza će uvijek biti bezbjednosni aspekti nazalnih proizvoda, iako su nedavna dešavanja u in vitro i in vivo modelima veliki podstrek za ubrzavanje kliničkih ispitivanja i evntualnih proizvoda za tržište.