Войти
Рисунок 1.0 - Основные анатомические особенности человеческого глаза Офтальмологический прием лекарственного средства - это введение лекарственного средства в глаза, чаще всего в виде препарата глазных капель. Составы для местного применения используются для борьбы с множеством болезненных состояний глаз. Эти состояния могут включать бактериальные инфекции, повреждение глаза, глаукому и сухой глаз. Однако существует множество проблем, связанных с местной доставкой лекарств к роговице глаза.
Две самые большие проблемы, с которыми сталкиваются при использовании местных препаратов для лечения патологических состояний глаза, включают пациента комплаентность и неэффективное всасывание лекарств роговицей. Фактически, исследователи в этой области доставки лекарств согласны с тем, что менее 7% лекарств, доставляемых в глаз, достигают и проникают через барьер роговицы, следовательно, увеличивая частоту дозирования, используемую для местных препаратов. Это одна из фундаментальных проблем, связанных с использованием средств местного применения для доставки лекарств к роговице, и, следовательно, ведет к повышенному требованию пациента к соблюдению режима лечения. Вместе эти два фактора обусловливают потребность в области научных исследований и инженерии в поиске способа лучшей доставки лекарств к роговице глаза при одновременном снижении частоты дозирования и необходимости соблюдения пациентом режима. Более того, помимо логистических проблем, связанных с использованием местных средств, существуют также системные побочные эффекты, которые возникают в результате приема некоторых лекарств, используемых для борьбы с патологическими состояниями глаз. Из-за повышенной концентрации лекарственных средств в средствах для местного применения и частого нанесения на глаза большая часть препарата выводится из глаза через носослезный дренаж. Считается, что этот дренаж является причиной возникновения системных побочных эффектов от такого введения.
Рисунок 2.0 - Контактные линзы Центры США по контролю и профилактике заболеваний (CDC) утверждает, что в 2018 году в США было «около 41 миллиона пользователей контактных линз старше 18 лет». Из всех этих пользователей почти 90% носят контактные линзы, известные как «мягкие контактные линзы». '(SCL). Контактные линзы регулируются Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США.
Основными подходами, которые сегодня используют исследователи в этой области, являются: молекулярный импринтинг, сверхкритическое замачивание, пропитка растворителем, и загрузка наночастиц. Каждый из этих методов помогает, надеясь доставлять лекарства с более низкой, более устойчивой скоростью, которая не требует ни повышенного согласия пациента, ни системных побочных эффектов от систем местной доставки лекарств. Однако каждый из этих различных методов загрузки приводит к появлению контактных линз, каждая из которых имеет отдельные физические и химические проблемы, когда речь идет о замедленном высвобождении и проникновении определенных лекарств на молекулярном уровне в роговицу глаза.
Рис. 3.0 - Методика молекулярного импринтинга Молекулярный импринтинг - это процесс, при котором полимеризация полимера вокруг шаблона приводит к образованию полимерной матрицы со встроенными шаблонами. После удаления шаблона образуется полость с функционализированными мономерами внутри полимерной полости. Эта полость является идеальным местом для загрузки лекарств, поскольку этот процесс может быть разработан специально для набора и удержания лекарств из-за химической специфичности. Этот метод можно лучше представить, обратившись к рис. 3.0. Этот тип загрузки лекарственного средства можно использовать как способ создания системы, чувствительной к pH, которая высвобождает лекарство (я) при изменении pH биологической системы. Некоторые препараты, которые были успешно загружены этим методом: тимолол, норфлоксацин, кетотифен и гиалуроновая кислота. Молекулярные структуры каждого из этих препаратов показаны ниже в указателе важной научной терминологии.
Метод сверхкритического замачивания обычно используется в контактных линзах на основе гидрогеля и является наиболее распространенным из всех типов методов молекулярной загрузки лекарственного средства. Поскольку этот метод не требует специального оборудования или глубоких знаний о гидрогелях на полимерной основе, он является наименее сложным из всех типов загрузки. Чтобы наполнить матрицу гидрогеля определенным лекарством, контактные линзы просто помещают в раствор лекарственного средства, и лекарство диффундирует в матрицу. Поскольку этот метод загрузки управляется исключительно градиентом концентрации лекарственного средства, окружающего линзу, относительно матрицы гидрогеля, скорость диффузии и количество загружаемого лекарственного средства можно контролировать исключительно с помощью концентрации раствора лекарственного средства. Поскольку этот процесс позволяет загружать определенные количества определенного лекарства в матрицу гидрогеля, этот метод загрузки стал важным для индивидуальной (персонализированной) медицины и лечения пациента.
Рисунок 4.0 - Пример наночастицы Техника загрузки наночастиц включает две основные части. Первая часть этого процесса - создание и конъюгация конкретного лекарства в наночастицу или другую коллоидную частицу или на них. Затем наночастица загружается в гидрогелевую матрицу контактной линзы. В этом случае, прежде чем лекарство сможет диффундировать из матрицы гидрогеля и достичь роговицы, оно также должно диффундировать или высвобождаться из наночастицы.
При использовании контактных линз в качестве устройств для доставки лекарств важно распознавать положительные и отрицательные стороны, связанные с каждым типом лекарственной нагрузки. Чтобы серьезно рассмотреть возможность клинической трансляции этих устройств, важно распознавать физические и химические барьеры. Понимая это лучше, можно оптимизировать механизм загрузки лекарств и контролируемое и продолжительное высвобождение лекарств в глаз пациента.
Поскольку контактные линзы используются на той части тела, которая важна для нормального повседневного функционирования (зрения), очень важно, чтобы ученые учитывали прозрачность линз. По мере того, как в контактную линзу загружается все больше и больше лекарств / предметов, она начинает физически заполнять доступное пространство, затрудняя проникновение света и попадание в глаз.
Понимание фундаментальной концепции: Простая аналогия - многолюдная и незаполненная территория, когда на улице идет дождь. Когда люди собираются плотно, дождь падает и падает на людей, медленно, но верно рассыпаясь на землю. В малолюдном месте дождь может падать на землю легко и без помех со стороны людей. В этой аналогии дождь аналогичен свету, а люди аналогичны наркотикам, загружаемым в контактные линзы. Чем больше лекарств добавлено в контактную линзу, тем меньше света может проникнуть внутрь без случайного рассеяния. Случайное рассеяние света может привести к нечеткому и несфокусированному зрению.
Исследователи отметили, что при использовании метода загрузки наночастиц прозрачность уменьшается почти на 10%. И наоборот, исследователи подтвердили, что при использовании методов молекулярного импринтинга и сверхкритического замачивания для загрузки лекарственного средства прозрачность контактных линз оставалась на уровне или выше прозрачности линз контактных линз, одобренных в настоящее время FDA.
Проницаемость для кислорода - еще одна важная особенность всех контактных линз, которую следует максимально оптимизировать при создании устройств для доставки лекарств в глаз. Контактная линза прилегает к внешней роговице глаза, которая состоит из слоя клеток. Клетки, являясь основным компонентом живых организмов, для выживания нуждаются в постоянном доступе к кислороду. Роговица глаза не снабжается кровью, как большинство других клеток тела, что делает эту часть тела сложной для доставки лекарств. Снижение оксигенации глаза может привести к нежелательным побочным эффектам. Исследователи в этой области отметили, что разные типы контактных линз имеют разную степень кислородопроницаемости. Например, было показано, что SCL имеют ограниченную проницаемость для кислорода, тогда как контактные линзы на основе кремния имеют гораздо лучшую проницаемость для кислорода. Было также показано, что контактные линзы на основе кремния обладают некоторыми другими очень важными физическими параметрами.
Исследователи попытались добиться толщины контактных линз, чтобы увеличить способность контактных линз к загрузке лекарственного средства. Однако для линз на основе кремния этот параметр обратно пропорционален проницаемости для кислорода (т.е. с увеличением толщины контактной линзы проницаемость для кислорода уменьшается). Кроме того, было показано, что по мере увеличения содержания воды в линзах на основе кремния проницаемость для кислорода уменьшается, что является еще одной зависимостью, которая обратно пропорциональна. Удивительно, но по мере того, как SCL увеличивается с увеличением содержания воды, кислородная проницаемость также увеличивается (прямо пропорциональная зависимость).
Что касается того, являются ли кремниевые линзы или SCL лучшим кандидатом в качестве устройства для офтальмологической доставки лекарств, возникает вопрос, который остается без ответа и не имеет единого мнения в научном сообществе. Например, Ciolino et al. утверждают, что контактные линзы на основе силикона являются лучшими кандидатами для пациентов, которые постоянно носят контактные линзы. Напротив, Kim et al. предполагают, что SCL являются лучшими кандидатами, потому что они показывают возможность преодолеть трудности кислородной проницаемости, а также механической целостности линзы. Kim et al. показали, что механическая прочность может быть увеличена для SCL за счет включения наноалмазной (ND) инфраструктуры в матрицу контактных линз.
Кроме того, многие исследователи исследовали последствия загрузки витамина E в матрицу SCL контактных линз. Хотя было показано, что включение витамина Е в матрицу замедляет высвобождение лекарств в глаз и на роговицу (желательный признак офтальмологической системы доставки), также было показано, что оно снижает проницаемость для кислорода. Кислородопроницаемость продолжает оставаться чрезвычайно важным фактором при разработке этих устройств и является одной из основных причин того, что многие исследования начинают сосредотачиваться на этой области доставки лекарств.
Количество воды, которое может удерживать конкретная контактная линза, является еще одним чрезвычайно важным фактором, который необходимо учитывать при разработке этих устройств. Исследования в этой конкретной области дизайна показывают, что владельцам контактных линз удобнее носить линзы, которые задерживают воду больше, чем те, которые удерживают воду. Что касается SCL, с увеличением содержания воды в линзе увеличивается и кислородная проницаемость. И наоборот, по мере увеличения содержания воды в контактных линзах на основе кремния проницаемость для кислорода уменьшается. Что касается SCL, более высокое содержание воды в контактных линзах позволяет упростить загрузку с использованием метода сверхкритического замачивания. Это может быть связано с тем, что вода действует как смазка для некоторых лекарств и позволяет лекарству легче проникать в матрицу. Это, по сути, позволило бы ввести больше лекарственного средства в контактные линзы этого типа. Это увеличение способности загружать лекарство является важным достижением и позволит пациентам вздрогнуть, это может обеспечить более длительный период времени высвобождения лекарства и, надеюсь, будет более устойчивым.
Кроме того, Guzman-Aranguez et al. показал, что при использовании метода молекулярного импринтинга для загрузки лекарственных препаратов, таких как кетотифен и норфлоксацин, в контактную линзу, содержание воды не сильно изменяется. Кроме того, это было предсказано Peng et al. с использованием кинетических моделей высвобождения Фика, которые, хотя содержание воды изменяется после того, как контактные линзы вставлены в роговицу глаза, не вызовут серьезных проблем, когда дело доходит до высвобождения ковриков из SCL.
Самый важный фактор, который необходимо принимать во внимание при разработке любого типа устройства для доставки лекарств, и особенно глазных устройств, - это скорость высвобождения лекарства. Как обсуждалось ранее, скорость и кинетика доставки лекарств в глаз может достигать уровней, токсичных для глаза или даже вызывать нежелательные побочные эффекты. Скорость высвобождения лекарственного средства также важна, потому что слишком медленное высвобождение может не иметь положительного результата для пациента, а слишком быстрое высвобождение может привести к отрицательным побочным эффектам. Таким образом, важно сбалансировать факторы, которые управляют высвобождением лекарств из контактных линз как потенциальных средств доставки лекарств. Такие исследователи, как К. Альварес-Лоренцо, протестировали (с моделями животных) и получили данные, подтверждающие, что контактные линзы с молекулярным отпечатком выделяют лекарства в течение длительного и длительного периода времени. Исследователи также подтвердили, что скорость высвобождения лекарства можно контролировать путем включения витамина Е в водородную матрицу.
Со временем стало известно, что многие из Те же лекарства и глазные капли, которые используются для лечения определенных глазных заболеваний, на самом деле приводят к системным побочным эффектам, которые можно было бы минимизировать или ограничить из-за более медленного, более длительного высвобождения лекарства. Системные побочные эффекты лекарств от глаукомы, таких как латанопрост, увеличивают частоту сердечных сокращений, что приводит к сердечным аритмиям, бронхостенозу и гипотонии. Эти осложнения могут быть опасными для жизни. Некоторые другие препараты, которые помогают уменьшить эффекты глаукомы в глазах, вызывают рвоту, диарею, тахикардию и бронхоспазм. Было обнаружено, что некоторые лекарственные препараты, поставляемые в форме глазных капель, очень токсичны для детей, поскольку их общий объем тела и объем тканей намного меньше, чем у взрослого, для которого эти лекарства предназначены. В этом случае некоторые родители не знают об этих последствиях и могут использовать то же лекарство, которое они использовали бы для лечения бактериальных инфекций глаз своих детей. Более того, было показано, что некоторые лекарственные препараты, вводимые в глаза, вызывают угнетение сердечной деятельности и распространение некоторых заболеваний, таких как астма. Благодаря продолжающимся исследованиям в этой области стало известно, что раздражение кожи, зуд или сыпь обычно связаны с лекарствами, используемыми для лечения глазных бактериальных инфекций.
В настоящее время существует четыре основных глазных заболевания. расстройства, которые были тщательно изучены и показали успешность использования контактных линз как возможных устройств для молекулярной доставки лекарств.
Рисунок 5.0 - Пример кинетики высвобождения нулевого порядка (y =% лекарства, высвобождаемого из контактных линз; x = время (дни)) Скорость высвобождения лекарства чрезвычайно важна в лечение многих заболеваний глаз, в том числе бактериальных инфекций. Ципрофлоксацин и норфлоксацин - это препараты, которые обычно используются для лечения бактериальных инфекций глаз. Чрезвычайно важно, чтобы эти препараты оставались в терапевтическом окне в течение длительного периода времени, чтобы быть полностью эффективными и убивать бактерии. Чтобы конкретное лекарственное средство оставалось в терапевтическом окне, при использовании глазных капель необходимо наносить местное средство примерно каждые 30 минут, чтобы оно было полностью эффективным. Наносить глазные капли каждые 30 минут было бы практически невозможно для кого-либо, и это не идеальный механизм для доставки таких лекарств в глаз. Исследователи собрали данные, подтверждающие идею о том, что контактные линзы на основе силикона с ципрофлоксацином могут высвобождать лекарство в терапевтическом окне в течение примерно одного месяца. Ана Гусман-Арангес и др. также подтвердили, что используемые контактные линзы также сохранили важные свойства, такие как прозрачность, кислородопроницаемость, механическая прочность и фармакокинетика высвобождения нулевого порядка.
Рисунок 6.0 - Эпителий роговицы Многие факторы могут приводят к повреждению роговицы и вызывают разрушение или гибель клеток, составляющих роговицу глаза. Эпителиальные клетки, составляющие роговицу, важны для нормального зрения. Эти клетки играют роль в создании физической среды, которая может правильно изгибать световые лучи, помогая проецировать изображения на сетчатку глаза. Были проведены успешные клинические испытания на людях с использованием SCL, наполненных эпидермальным фактором роста (EGF), которые показали повышенную скорость заживления слоя эпителиальных клеток роговицы.
Рисунок 7.0 - Осложнения глаукомы Глаукома является ведущей причиной слепоты в мире и представляет собой прогрессирующее и необратимое заболевание глаз. Контактные линзы на основе сополимера молочной и гликолевой кислоты, как было показано Ciolino et al., Выделяют латанопрост со скоростью замедленного высвобождения до месяца на животных моделях. в Гарвардской медицинской школе и Массачусетском технологическом институте. Латанопрост - одно из лекарственных средств, используемых для лечения пациентов с глаукомой, обычно в виде местных средств, таких как глазные капли.
Рисунок 8.0 - Осложнения синдрома сухого глаза Более чем 50% всех пользователей контактных линз сообщают, что у них наблюдается сухость глаз. Чтобы помочь в борьбе с этой проблемой и быть уверенным, что этого не произойдет у людей, которые однажды будут использовать контактные линзы с лекарственным покрытием, важно убедиться, что это осложнение тщательно исследовано. Однако эти исследования будут не только полезны для контактных линз как устройств доставки лекарств, но также будут иметь положительные последствия для тех, кто носит контактные линзы, которые используют линзы для коррекции зрения и внешнего вида.
| Термин | Определение |
|---|---|
| pH-чувствительная система | способность биологической системы претерпевать изменения, которые способствуют активности, бездействию, высвобождение соединения (й) или разложение в результате изменений pH микросреды определенной системы |
| носослезный дренаж | дренаж частиц / жидкостей в организм через слезу (носослезный) канал |
| системный | или относящийся ко всему телу |
| кинетика нулевого порядка | высвобождение лекарственного средства из устройства доставки с единичной и постоянной скоростью в течение всего времени высвобождение |
| Тимолол (1 - [(2-Метил-2-пропанил) амино] -3 - {[4- (4-морфолинил) -1,2,5-тиадиазол-3-ил] окси} -2-пропанол) |  |
| Норфлоксацин (1-Этил-6-фтор-4-оксо-7- (1-пиперазинил) -1,4-дигидро-3-хинолинкарбоновая кислота) |  |
| Кетотифен (10H-Бензо (4,5) циклогепта (1,2-b) тиофен-10-он, 4,9-дигидро-4- (1-метил-4-пиперидинилиден) |  |
| Поливинилпирролидон |  |
| Гиалуро никовая кислота |  |
| Латанопрост (изопропил- (Z) 7 [(1R, 2R, 3R, 5S) 3,5-дигидрокси-2 - [(3R) -3-гидрокси-5-фенилпентил] циклопентил] - 5-гептеноат) |  |
