BIOLÓGIAI és BIOMIMETIKUS ANYAGOK. Liliom Károly SE ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

BIOLÓGIAI és BIOMIMETIKUS ANYAGOK Liliom Károly SE ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet [email protected]

Az előadások temaKkája 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

09-05 09-12 09-19 09-26 10-03 10-10 10-15 10-17 10-24 11-07 11-14 11-21 11-28 12-05

Az élő rendszerek sajátosságai Aminosavak, pepKdek, fehérjék VBK dékáni szünet BiomimeKkus fehérjék Lipidek, membránok Membrántranszport elmarad Nanomedicina Biomátrixok, biokerámiák BiomimeKkus anyagok 1 BiomimeKkus anyagok 2 BiomimeKkus anyagok 3 Hallgatói beszámolók 1 Hallgatói beszámolók 2

oktatas.ch.bme.hu Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Nanomedicina

molekuláris eszközök alkalmazásával történő gyógyítás, betegség megelőzés és diagnoszKkaa.

Nanomotorok

A HeLa sejtek bekebelezték a nanomotorokat, amelyek azután ultrahanghullámok hatására ide-oda vándoroltak a sejtben.

Nanoszerkezetek terápiás célra

Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Hatóanyag sorsa a szervezetben (LADME) Változó paraméter Kioldódó mennyiség In vitro dissolució %

Folyamat Liberáció

Biofarmácia

In vivo ???? Felszívódó mennyiség Koncentráció a szervezetben

Abszorpció Disztribució

Metabolizmus Biológiai válasz

Kutatási terület

Elimináció

Farmako- kine3ka Farmakodinámia

Gyógyszer felszívódás különböző adagolási helyekrôl Bôr tapasz

Spray Sublingualis tableLa

i.m. s.c

Per os Szisztémás keringés i.v. (Bh=100%) Végbél alsó 1/3 Nem felszívódod anyag + metabolizmus

Metabolizmus

Cél molekulák szövetekben

i.v.

Kiválasztás

Sejtmembránokon keresztüli felszívódás és metabolizmus csökkenKk a biológiai hasznosíthatóságot (Bh<100%)

Nanotechnológia és gyógyszer bevitel Andrade et al. Nanomedicine 6:123-141, 2011.

•  Nanorészecskék –  Inorganikus részecskék 9 –  Szolid lipid részecskék –  Polimér részecskék •  Nanoszférák, nanokapszulák , gyógyszer tároló részecskék

•  Nanokristályok –  Lényegesen kisebb kristály szerkezet, megnőd felszín/térfogat arány, nagyobb biológiai hasznosíthatóság

•  Polimér gyógyszerek (Pár nm átmérő) –  Polimér gyógyszerek –  Polimér gyógyszer konjugátumok –  Polimér micellák –  Dendrimérek

•  Liposzomák


–  Amfifil lipid hártya, kivül hidrofób, belül hidrofil

Nanorészecskék szöveK penetrációja Andrade et al. Nanomedicine 6:123-141, 2011

•  A nanorészecskék kicsiny mérete megváltozod szöveK eloszláshoz, felhalmozódáshoz vezet, illetve következményesen toxicitást okozhatnak –  20-50 nm nagyságú részecskék bejuthatnak a sejtekbe, közponK idegrendszerbe –  <70 nm nagyságú részecskék beléphetnek a tüdő intersKKumába, majd innen a nyirokrendszerbe, véráramba, csontvelőbe és más szervekbe jutnak és halmozódhatnak. –  Makrofágok nem ismerik fel és nem fagocitáljál a 70 nm-nél kisebb átmérővel rendelkező részecskéket Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Nanohordozó méredartományok


Részecskék nagyság szerinK megoszlása a légzőrendszerben Andrade et al. Nanomedicine 6:123-141, 2011

5 µm 100 nm -1 µm

1-100 nm 1- 5 µm Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Gyógyszer adagolás a tüdőn keresztül Andrade et al. Nanomedicine 6:123-141, 2011

•  Alveolaris hám vékony: 0,1-0,5 µm; 75-150 m2 felület •  Intra- és extracelluláris enzim tartalom, gyógyszer efflux sejtekből kisebb mérvű mint a bélben •  Nem-invazív, gyors gyógyszer hatás megjelenést biztosító adagolási út, mely a first-pass eliminációt elkerüli •  10-200 szoros biológiai hasznosíthatóság más nem-invazív eljárásokkal összehasonlítva –  Nagy felszín, a felületet borító kevés folyadékban nagy gyógyszer koncentráció érhető el

•  Fehérje klirensz a tüdőből: mukocilliáris hatás, makrofág fagocitózis, valamint kisebb molekulasúlyú fehérjék intercelluláris transzportja a nyirok rendszer felé •  Nagy molekula súlyú fehérjék transzcelluláris transzportja a nagy affinitású pepKd transzporterekkel Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Tüdőbe adod dózis változásai leadod dózistól az abszorpcióig Andrade et al. Nanomedicine 6:123-141, 2011

Dózis az adagolóban

LeadoL dózis

LerakódoL dózis

Abszor- beálódoL dózis

Gyógyszer adagolást befolyásoló tényezők : légzőrendszer geometriája, humiditása, légzési kapacitás, inhalációs technika, stb Nanorészecskék, micellák ígéretes gyógyszer szállítók, de hosszú lerakódás miad toxikusak lehetnek Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

A daganatok növekedési görbéje •  A daganatnövekedés korai fázisaiban a növekedés exponenciális •  A klinikai diagnózis idején a növekedés már lassú, az osztódó kompartment kicsi, a G0 frakció pedig nagy •  A kemoterápia eredményeit érzékenyebb diagnoszKkai eljárások javíhatják azáltal, hogy a daganatokat már a gyors növekedési fázisban kimutatják •  A sebészeK és/vagy radiológiai eljárások csökkenKk a daganat nagyságát, a regeneráció során sok sejt lép az osztódási ciklusba

sejtszám 1.E+12

Klinikai észlelés határa 1.E+09 1.E+06 1.E+03 1.E+00


idő

Citotoxikus gyógyszer koncentráció alakulása szolid tumorokban •  A tumorok kapilláris ágya újonnan képződöd kapillárisok rosszul organizált hálózatából áll. •  Az oxigén és a tápanyagok a messzebb fekvő sejtekhez csak számos sejtrétegen keresztül jutnak el. Következésképpen a távolabbi sejtek elpusztulnak •  A citotoxikus vegyületek koncentrácihatás görbéje meredek. A távolabbi sejtek környezetében nem alakul ki effekxv citotoxikus gyógyszer koncentráció •  Nagy dózisú kemoterápiával még a távolabbi sejtek is eredményesen kezelhetők Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Normál és tumor kapillárisok

McDonald DM et al. Nat Med. 2003;9:713-725

•  A tumorokban található kapillárisok fenesztráltak, a kapilláris ágy hierarhikus, funkcionális szerkezete nem alkalmazkodik opKmálisan a tumorsejtek vérellátási szükségletéhez

Szolid tumorok kezelése nanorészecskék segítségével Jain RK és Stylianopoulos T, Nat. Rev. Clin. Oncol. 7:653-664, 2010

•  A rendezetlen, könnyen átjárható kapilláris hálózat, valamint a limfaKkus elvezető rendszer hiánya nagy intersKciális nyomás fokozódáshoz vezet a tumorokban, mely gátolja a gyógyszerek penetrációját •  Az extracelluláris matrix összetetétele, denzitása tovább rontja a gyógyszerek diffúzióját (Különböző töltéssel rendelkező nanorészecskék fejlesztése, extracellulásris barrier feloldása, fellazítása)) •  Nanorészecskék a tumorokban fokozod gyógyszer penetrációhoz és retencióhoz vezethetnek, azonban tumor fajták szerint eltérő az erek fenesztráltsága •  Tumor sejt vagy tumor asszociált endothel kötődés előmozdítása (MAt), pH dependens gyógyszer leadás Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Bevacizumab kezelés tartama

Kezelés előd

Vosseler S et al. Cancer Res. 65:1294-1305, 2005

Bevacizumab 6 hetes kezelés

3 hédel a bevacizumab kezelés befejezése után

•  A túlzod , rendezetlen kapilláris hálózat csökkentése anK-VEGF terápiával fontos bevezető lépés a kemoterápia előd •  A bevacizumab kezelést folyamatosan, a progresszió kialakulásig fenn kell tartani

PolieKlénglikol liposzomális doxorubicin Coukel et al.: Drugs, 53:520, 1997 Caelyx®

Lipid membrán + kapcsolt polieKlénglikol (PEG) Polie3lénglikol •  PEG csökkenK a RES-be történő boritás liposzoma felvételt •  Preferenciális felvétel elsődlegesen a fenesztrált kapilláris hálózadal rendelkező tumorokba DX oldat a liposzoma •  Kevés felvétel a szívizomba Toxicitás belső terében •  Jelentősen emelkeded kardiális toxicitást okozó kumulaxv DX szint ~ 900 mg/m2 •  Kéz és láb szindróma Liposzoma •  Hematológiai toxicitás membrán •  Infuziós reakció: kipirulás, hidegrázás, há|ájás, hipotenzió, légzési nehézség • 


PolieKlénglikol liposzomális doxorubicin Caelix DocumentaKon

•  Farmakokine3ka:

–  50 mg/m2 Caelyx –  Eloszlás 4-5 h (DX: 0.07-0.17h), –  Terminális t1/2: 45-50 h (Hosszú gyógyszer hatás tartam) (DX: 8.7 h) –  Vs: 4.1L ( limitált az intravaszkuláris térre (DX: 250 L) Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Pegilálás klinikai farmakológiai jelentősége

PolieKlén glikol (PEG)

Fehérje

PEG

•  Vízoldékonyság fokozódása PEG hidrofilitása következtében •  Molekula nagyság következtében csökken a vese kiválasztás •  Csökken a hozzáférés lehetősége proteoliKkus enzimek és anKtestek számára •  Renális és celluláris klirensz csökkentésre heK adagolás melled 40-60 kDA molekuláris tömegű PEG a legalkalmasabb •  Legjobb ha a PEG egy helyen és nem több helyen kötődik a fehérje molekulához


Pegilálatlan és pegilált fehérje


MásodnaponkénK adagolás

IFN-α 2a és PEG-IFN-α 2a farmakokineKkai jellegzetességei Hayerris JM and Chess RB. Nat Rev DrugDiscov, 2:214, 2003

PEG40(kDA) IFN-α 2a HetenkénK adagolás

•  A pegilálás által meghosszabbítod felezési idő tartós terápiás plazma- szintet biztosít

Immunogenitás klinikai farmakológiai következményei Biológiai gyógyszer (fehérje)

AnDtest termelés

Neutralizáló an3testek Klinikai hatás- csökkenés

Farmakokine3kai eltérések A bioekvivalencia vizsgálatok kérdésesek Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

Nincs hatás

Naav fehérjék közömbösítése Funkcionális károsodás

Neutralizáló anKtestek által kiváltod thrombocytopenia Chun JL et al. Blood, 98:3241-3248. 2001

PEG-rHuMGDF kezelés TPO ellenes an3test koncentráció

Thrombocytaszám

•  Pegilált-rekombináns-humán-megakaryocyta-growth and development factor

Abraxam – rákellenes nanohordozó-drog konjugátum


Abraxam – transzcitózis – szelekxv hatás



Nanohordozó konjugátumok


Funkcionalizált liposzómák PEGilált foszfolipidek segítségével stabilizált lipszómák, amelyekbe a célbajudatandó molekulát csomagolják (kismolekulás drog) vagy a felülethez köKk (anKtest) Hosszú ideig kering a vérben és célbajudató markerekkel is kombinálható…


Nanohordozó pegilálása


Hidrofób drog nanohordozó – hatóanyagleadás


Kedősréteg nanopórusos szilika felületen

Kedősréteg nanopórusos szilika felületen


Dendrimerek – elágazó polimerek – mag + generációk


Dendrimer konvergens szintézise


Dendrimer divergens szintézise


Dendrimer szintézise cikloaddícióval (Diels–Alder reacKon)


Arborol dendrimer


PAMAM (poli(amido)amidoamin) dendrimer szintézise


Gén és drog-konjugált PAMAM dendrimer



Fluoreszcens kvantumpödyök (QD)

Félvezető anyagban elektron-lyuk vezetőpárt hozunk létre, amelyet geometriai kényszerekkel szűk térrészbe zárunk (confinement). Az így csapdázod exciton energiaszintje a csapda méretével fordítodan arányos.

A leggyakoribb a kadmium/szelenium QD mag, amelyet ZnS köpeny vesz körül, de már sokféle anyagból lehet QD-t készíteni, a legújabb alapanyag a grafén. Biológiai és biomimeKkus anyagok 2016

QD a diagnoszKkában

QD a diagnoszKkában

BIOLÓGIAI és BIOMIMETIKUS ANYAGOK. Liliom Károly SE ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

Recommend Documents