Sisteme de Eliberare Controlata a Substantelor Bioactivedocx

=== Sisteme de eliberare controlata a substantelor bioactive ===

SISTEME DE ELIBERARE

CONTROLATĂ A SUBSTANȚELOR

BIOACTIVE

Master Biotehnologii Medicale și Biomateriale Avansate, Anul I

Facultatea de Bioinginerie Medicală

Universitatea de Medicină și Farmacie ”Gr. T. Popa” Iași

Student: Lucaci Adriana-Alexandra

INTRODUCERE

Odată cu evoluția științei și a domeniilor de cercetare au fost descoperiți mulți compuși biologic activi care pot fi candidați ideali pentru tratamentul diverselor patologii clinice. Activitatea biologică depinde considerabil de modul de administrare a substanței și de tipul de metabolizare a acesteia în organismul uman. Substanțele active administrate pe cale orală au o biodisponibilitate destul de scăzută, fiind necesară readministrarea la diferite intervale de timp, astfel rezultând o eficiență mai scăzută, risc de sub- sau supradozaj, dar și un disconfort ridicat al pacientului [1]. În prezent au devenit de interes noi materiale capabile să încapsuleze compusul biologic activ într-o rețea polimerică și să îl livreze într-un sistem (biologic sau fizico-chimic), în mod constant, pe o perioadă îndelungată de timp. Accentul a fost pus pe materialele funcționalizate – capabile să ajungă în organism la locul țintă și să controleze cu precizie mai multe aspecte: volumul moleculei entrapate, concentrația de compus biologic activ în sistem, dezvoltându-se un nou domeniu de cercetare: Controlled Drug Release – eliberarea controlată de medicamente. Cercetarea materialelor chimice necesare pentru fabricarea medicamentelor cu eliberare controlată este în continuă dezvoltare datorită parametrilor riguroși care trebuie îndepliniți – biodisponibilitate, răspuns la stimuli, biodegradabilitate etc. Viteza de eliberare a agenților biologic activi din sistemele obținute prin diverse metode poate fi ajustată în funcție de necesitățile tratamentului clinic prin schimbarea unor anumite componente chimice în procesul de sinteză, ajungându-se astfel la cerințele terapeutice așteptate [1, 2]. Sistemele cu eliberare controlată de compuși biologic activi sunt dispozitive care permit introducerea în organism a unei substanțe active, prin incorporarea acesteia, cu scopul de a-i îmbunătăți efectul terapeutic prin controlul vitezei, locului și perioadei de eliberare.

În comparație cu sistemele convenționale, cele cu eliberare controlată permit menținerea unei concentrații optime a compusului activ, care rămâne în limitele terapeutice, fără a depăși nivelul de toxicitate și fără a fi sub limita de acțiune terapeutică (Figura 2). Rezultatele studiilor experimentale argumentează importanța introducerii sistemelor de eliberare controlată în practica medicală actuală [4] (Figura 3). Diversitatea sistemelor de eliberare controlată poate fi crescută mult prin biofuncționalizarea particulelor ce compun materialul din care se obține un astfel de sistem. În acest fel pot fi grefate pe structurile sistemelor de eliberare controlată: proteine, lipide, acizi nucleici, substanțe active, dar și alte biomacromolecule [5] (Figura 4)

https://www.researchgate.net/profile/Alexandru_Rogobete/publication/262935579_Systems_for_controlled_release_of_biologically_active_compounds__applications_in_Anaesthesia_and_Intensive_Care_units/links/0f317539969d955733000000.pdf

Un sistem cu eliberare controlată este o formulă sau un dispozitiv care permite introducerea unui medicament în organism și care îmbunătățește eficacitatea și siguranța sistemului prin controlul vitezei de eliberare, perioadei de eliberare și a locului de eliberare a medicamentelor în organism. Într-un sistem cu eliberare controlată, un medicament/principiu activ este eliberat într-un mod predeterminat, predictibil și reproductibil. Astfel, concentrația principiului activ (PA) va fi ajustată astfel încât să prevină depășirea nivelului de toxicitate sau să nu fie sub nivelul terapeutic optim. Raționamentul obțineri unui astfel de sistem este acela că face posibilă atingerea unei concentrații eficiente, menținerea constantă a nivelului optim pentru o perioadă mai lungă de timp. (WIKI)

Polimerii utilizați în medicină trebuie să îndeplinescă o serie de condiții esențiale. În principal acestea sunt: biocompatibilitatea, non-toxicitatea, non-imunogenicitatea și biodegradabilitatea. Aceste caracteristici variază în funcție de sursa și proprietățile fizico-chimice ale polimerilor în discuție și devin indispensabile în elaborarea de sisteme de eliberare de medicamente. Există numeroase situații când medicamentele de masă moleculară mică administrate clasic nu reușesc să îndeplinească profilele terapeutice impuse datorită căilor fiziologice de apărare a organismului uman. Astfel apare necesitatea elaborării unor structuri complexe care să răspundă punctual în mediul cu care sunt puse în contact. Aceste structuri au la bază polimeri reticulați fizic și/sau chimic și se prezintă sub diferite forme: bureți, filme, nanoparticule, etc. Reticularea polimerilor conferă materialelor obținute proprietăți distincte față de cele ale constituienților macromoleculari. De aceea, se poate spune că posibilitățile de combinare a acestora și a agenților de reticulare sunt infinite. Dintre aceste biomateriale hidrogelurile simple și multicomponent ce formează rețele interpenetrate sau semi-interpenetrate au luat amploare în domeniul eliberării controlate de medicamente dar și în domenii ca ingineria tisulară unde biomaterialele polimerice îndeplinesc numeroase funcții. Pentru controlul proprietăților fizice al acestor hidrogeluri se recurge la reticularea polimerilor liniari atât prin metode chimice cât și fizice.

Hidrogelurile au captat tot mai mult interesul cercetătorilor în ultimul deceniu datorită proprietăților intrinseci pretabile aplicațiilor medicale. Biocompatibilitatea acestora, capacitatea de a elibera din rețeaua polimerică compuși hidrosolubili și versatilitatea în modelarea proprietăților fizicochimice permit generarea de noi biomateriale cu aplicații în domeniul eliberării controlate de medicamente. Chitosanul, gelatina și poli(alcoolul vinilic) sunt polimerii tratați mai detaliat în teza de doctorat, justificarea constând în faptul că acești polimeri au fost utilizați ca materii prime pentru cercetările efectuate. Sunt subliniate metodele de obținere, proprietățile acestora și aplicațiile în care se regăsesc până în prezent. Principalele metode de obținere a hidrogelurilor pe bază de polimeri naturali sau/și sintetici sunt identificate și sunt enumerate proprietățile și aplicațiile potențiale ale acestor materiale. Hidrogelurile pot fi obținute prin două mecanisme principale: hidrogeluri cu legături covalente sau ireversibile și hidrogeluri cu legături reversibile sau fizice [101]. Cea de-a doua categorie cuprinde subclase variate cum ar fi interacțiunile ionice (hidrogeluri reticulate ionic sau complexe polielectrolitice) și interacțiuni secundare (hidrogeluri „încâlcite”, hidrogeluri grefate sau complexate, etc.). În cadrul paragrafului “Reticularea prin legături de hidrogen” se detaliază proprietățile fizicochimice și biologice ale acidului tanic, polifenol utilizat în calitate de reticulant al chitosanului sau amestecului chitosan/poli(alcool vinilic). Procesul de reticulare reprezintă o metodă prin care hidrogelurile se pot adapta cerințelor fiecărei aplicații (viteza de biodegradare, proprietățile mecanice, gradul de umflare, capacitatea de includere/eliberare principii active, porozitatea, etc.). Pharmacocinetica și farmacodinamica eliberării de medicamente din hidrogeluri constituie subiectul unei cercetări bibliografice în care se arată interacțiunile dintre organism și medicament. Acestea pot fi clasificate în două categorii: procese farmacocinetice, când se analizează impactul pe care organismul îl are asupra medicamentului, și procese farmacodinamice, când accentul este pus pe acțiunea medicamentului asupra organismului [160]. Căile de administrare a formulărilor pe bază de 8 hidrogel sunt: orală, parenterală, nazală și trandermală. În funcție de mecanismul ce dictează eliberarea, acestea se pot clasifica în sisteme controlate de difuzie (sisteme cu membrană și sisteme monolit), sisteme controlate chimic (sisteme biodegradabile și bioerodabile), sisteme activate de solvent (controlate osmotic și controlate de umflare) și sisteme cu eliberare modulată [163]. Aceste mecanisme de eliberare sunt dictate de caracteristicile fizico-chimice ale hidrogelurilor dar și de metoda de încărcare a medicamentelor în suport. Hidrogelurile, în orice formă de prezentare – filme, bureți, particule pline- prezintă o capacitate limitată de includere a medicamentelor, pe lângă dezavantajul că pot fi încărcate doar cu medicamente hidrosolubile sau cu solubilitate în amestecuri apă-alcool. În sfârșit, încărcarea lor cu medicament se face prin difuzie în timp, de regulă după ce au fost sintetizate. Multe dintre aceste dezavantaje pot fi recuperabile utilizând lipozomii ca vezicule capabile să încapsuleze, să transporte și să elibereze cantități mai mari de medicamente, atât hidrofile cât și hidrofobe. Principalul dezavantaj al acestor vezicule îl reprezintă stabilitatea lor mecanică și biochimică redusă, ceea ce nu le permite să reziste în sistemul circulator decât un interval redus de timp, după care se sparg eliberând brusc medicamentul încapsulat cu manifestarea unui „burst effect” pe curbele cinetice. Includerea de lipozomi purtători de medicamente în matrici polimere de tip hidrogel poate combina avantajele integrării celor două tipuri de purtători de principii active, reprezentând și o cale de modelare a cineticii de eliberare, ceea ce constituie obiectivul principal al acestei lucrări. Mecanismul prin care medicamentul este eliberat depinde de modul de formulare al sistemului transportor și de calea de administrare. Administrarea pe cale orală, în funcție și de natura polimerului cu care este asociat principiul activ, va determina, în aparatul digestiv, fie o eliberare prin degradarea totală (enzime) chimică sau enzimatică a matricii, fie o eliberare guvernată de un proces difuzional, conform legii lui Fick [166]. De regulă, acest din urmă tip de eliberare este mai mult sau mai puțin perturbat de interacția medicamentului cu matricea polimeră, de porozitatea (dimensiunea porilor) acesteia sau de densitatea de reticulare. Simplitatea cu care se pot realiza lipozomii, biocompatibilitatea de care dau dovadă, lipsa toxicității [168], similitudinea lipozomilor cu celulele și organitele celulare interne atât din punct de vedere al dimensiunilor cât și a compoziției chimice [169-171], mărimea veziculelor ce poate fi modificată în funcție de specificul aplicației [172], posibilitatea înglobării atât a principiilor hidrofobe cât și a celor hidrofile, alături de sensibilitatea la stimuli ca temperatură, pH, lumină și câmp magnetic, fac din aceste formațiuni bistratificate biomimetice o arie de interes ce deschide noi orizonturi în domeniul nanotehnologiilor și implicit în cel biomedical. Cercetarea bibliografică prezentată ne-a condus la concluzia că utilizarea unor sisteme complexe de tip polimer-lipozomi-medicament pentru reglarea procesului de eliberare a principiilor active reprezintă o nișă insuficient explorată. http://www.tuiasi.ro/uploads/files/Rezumat_teza_Ciobanu_Bogdan_ICPM1.pdf

3. Mecanisme de eliberare controlată a medicamentelor Prin eliberarea controlată a medicamentelor se urmărește: menținerea unei concentrații constante în sânge, cu fluctuații minime, a compușilor activi terapeutic; viteze de eliberare previzibile și reproductibile de-a lungul unei perioade lungi de timp; protejarea compușilor bioactivi cu perioada de înjumătățire foarte scurtă; eliminarea efectelor secundare a reziduurilor de medicamente și dozarea frecventă; terapie optimizată și o mai bună tolerare de către pacienți și soluționarea problemei stabilității medicamentelor. În funcție de scopul urmărit există mai multe tipuri de profile de eliberare controlată a medicamentelor, cele mai importante fiind ilustrate în figura

3.

Fig. 3 Diferite tipuri de profile de eliberare a medicamentelor (Tip I) viteza de eliberare scade exponențial cu timpul, (Tip II) cinetica de ordin 0 cu viteza de eliberare constantă, (Tip III) eliberare de ordin 0 cu întârziere semnificativă, (Tip IV) eliberare pulsatilă cu întârziere, (Tip V) eliberare multiplă cu întârziere constantă între eliberări 187 Căile de administrare a formulărilor pe bază de hidrogeluri pot fi: transdermal, oral, nazal sau injectabil.

Din punct de vedere al compoziției lor chimice, sistemele complexe care permit transportul și eliberarea controlată a medicamentelor sunt combinații de polimeri, în general de origine naturală. 191 Polizaharidele sunt o clasă de biopolimeri alcătuiți din monomeri de zaharuri [1]. Monozaharidele sunt legate prin legături Oglicozidice care se pot realiza la oricare din grupările hidroxil ale monozaharidei, conferind polizaharidelor posibilitatea de a forma atât catene liniare cât și ramificate. Acești polimeri biologici pot fi obținuți din diferite surse: microbiene, animale și vegetale [2]. Utilizarea lor prezintă o serie de avantaje. În primul rând polizaharidele au o bună hemocompatibilitate, probabil ca urmare a similarității structurii lor cu cea a heparinei. Polizaharidele nu sunt toxice, interacționează cu celulele vii și în majoritatea cazurilor au costuri reduse în comparație cu alți biopolimeri [2,3], se găsesc din abundență , se obțin relativ ușor din resurse regenerabile cum ar fi: algele, anumite plante, culturi de tulpini microbiene selectate și de asemenea prin tehnicile de ADN recombinant. Polimerii polizaharidelor, cunoscuți sub denumirea de hidrogeluri se recomandă ca materiale pentru structuri în ingineriile tisulare, precum și ca sisteme de transport pentru eliberarea controlată a medicamentelor. Există o preocupare deosebită pentru dezvoltarea sistemelor de eliberare controlată a medicamentelor prin folosirea polimerilor naturali datorită calității acestora de a fi biodegradabili, biocompatibili și lipsiți de toxicitate [4]. În cele ce urmează vom prezenta principalele caracteristici ale celor mai cunoscuți reprezentanți ai polizaharidelor naturale.

Structura poli- D- glucozaminei. Alte denumiri: chitosan, poliglusan, deacetil-chitina

Chitosanul (figura 1) este un polimer cationic obținut din chitină, constituit din copolimeri ai β-(1,4)-glucozaminei și N-acetil-Dglucozaminei. Chitosanul prin proprietățile sale și-a găsit multiple aplicații în domeniul ingineriei tisulare și al controlului eliberării medicamentelor, începând cu pielea, oasele, cartilajele și grefele vasculare, culturi celulare [4].

3. Amidonul

a.Structura macromoleculei de amiloza b.structura macromoleculei de amilopectina

Amidonul (figura 2) este unul dintre cei mai răspândiți și abundenți polimeri, este biodegradabil și regenerabil. Se prezintă ca un amestec de glucani, pe care planta îi sintetizează iar apoi îi depozitează în cloroplaste, ca principala rezervă de nutrienți. Glucanii sunt polizaharide formate din molecule de D-glucoză legate prin legături glicozidice. Amidonul a fost folosit în multiple aplicații de eliberare controlată a medicamentelor, incluzând tratamentul cancerului, [5], administrarea nazală a insulinei [6,7] și altele.

4. Alginații

Structura moleculei de acid alginic

Alginații naturali sunt sărurile de sodiu ale acidului alginic și reprezintă una dintre cele mai studiate polizaharide în domeniul ingineriei tisulare și al cotrolului eliberării medicamentelor. În natură se găsesc în cantități mari, fiind componenți structurali ai algelor marine brune și ca polizaharide capsulare ale unor bacterii din sol (figura 3). Fig. 3 Structura moleculei de acid alginic Alginații prezintă un schelet de resturi de acid β-D-manuronic (M) și acid α-L-guluronic (G) legate 1,4 și variază mult ca și compoziție și secvență. Acest polimer este de fapt un copolimer bloc compus din 193 regiuni homopolimerice de M și G, numite blocuri M și respectiv G, intercalate cu regiuni având structură alternantă. Materialele pe bază de alginați sunt sensibile la pH.

5. Carrageenanul

Carrageenanul (figura 4) este un polizaharid care formează gel și este extras din anumite specii de alge marine roșii. Carrageenanii sunt co-polizaharide cu o structură liniară alcătuită din unități de D-galactoză și 3,6- anhidro- D-galactoză parțial -carrageenanulsulfatate. În funcție de gradul de sulfatare, se cunosc: (monosulfatul), k- (disulfatul) și λ- carrageenanul (trisulfatul). k- Carrageenanul a fost folosit la prepararea hidrogelurilor. Diferite viteze de eliberare a substanțelor conținute au fost corelate cu hidrofobicitatea diferită care a permis o interacțiune selectivă cu kcarrageenanul.

Structura moleculara a diferitelor tipuri de carrageenan

6. Dextranul

Dextranii sunt homopolizaharide ale glucozei cu peste 50 % legături consecutive α-(1,6) în catenele principale. Acești α-D-glucani 194 prezintă deasemenea și catene secundare prin ramificare cu legături α- (1,2), α-(1,3) sau α-(1,4). Dextranul (figura 5) și derivații săi sunt compușii cu cea mai mare disponibilitate pentru prepararea sistemelor capabile de eliberarea de durată a proteinelor.

Structura moleculei de dextran

7. Gelanul

Guma gellan (figura 6) este o exopolizaharidă bacteriană, obținută prin fermentația aerobă a Sphingomonas elodea. Este o tetrazaharidă liniară alcătuită din [D-Glc(β-1,4)D-Glc(β-1,4)D-Glc(β-1,4) L-Rha (α-1, 3)]. Unitățile de tetrazaharidă sunt unite între ele prin legături glicozidice (α-1,3). Cu ioni bivalenți formează geluri deosebit de rezistente.

Structura macromoleculei de gelan

Polimerul a fost intens investigat pentru crearea de noi formulări oftalmice, grație capacității sale de a gelifica în prezența cationilor din secreția lacrimală.

8. Guma guar

Guma guar (figura 7) face parte din grupul de polizaharide înmagazinate în partea endospermică a semințelor. Este alcătuită din manoză și galactoză. Scheletul este o catenă liniară formată din resturi de manoză legate β-1,4 și la care resturile de galactoză sunt legate 1,6 la fiecare al doilea rest de manoză. 195 S-a dovedit că acest polizaharid poate fi degradat în colon de către enzime care se găsesc în această porțiune a tractului digestiv și ca urmare recomandat pentru eliberarea medicamentelor specifice pentru colon [8].

Structura macromoleculei de guma guar.

9. Acidul hialuronic

Acidul hialuronic (figura 8) denumit și hialuronan este o polidizaharidă compusă din acid D-glucuronic și D-N-acetilglucozamină, unite prin legături glicozidice alternante β-1,3 și β-1,4. Se găsește în țesuturile conjuctive umane unde are un rol important în multe mecanisme biologice. Industrial acidul hialuronic se obține din streptococi [9]. A fost folosit cu succes ca matrice de transport a medicamentelor.

Structura macromoleculei de acid hialuronic

10. Guma Xanthan

Xanthanul (figura 9) are o structură celulozică de molecule de D-glucoză legate β- 1,4. Lanțurile de molecule de glucoză alternante sunt legate de o catenă formată din β-D-manoză-(1,4)- β-Dacid glucuronic-(1,2)-α-Dmanoză. Xanthanul a fost testat pentru eliberarea proteinelor și peptidelor în cavitatea nazală [10].

Structura macromoleculei de gumă xanthan

Structura macromoleculei de pectină

Pectina (figura 10) este o polizaharidă liniară compusă din unități de acid D-galacturonic legate prin legături α-1,4 – glicozidice. Pectinele slab metoxilate formează hidrogeluri. Publicații recente au raportat gelificarea in situ a pectinelor cu eliberarea controlată a unor medicamente (acetaminofen, teofilina și cimetidina) [11]. Pe lângă polizaharidele amintite mai sus mai există un număr mare de alte polizaharide naturale cu variabilitate și versatilitate determinate de structurile lor complexe, care le diferențiază de alte clase de polimeri și le recomandă în aplicațiile biomedicale.

http://stiintasiinginerie.ro/wp-content/uploads/2014/01/27-POLIZAHARIDE-FOLOSITE-%C3%8EN-OB%C5%A2INEREA.pdf

Tipuri de materiale utilizate la obținerea sistemelor de eliberare controlată Datorită diversității ridicate a necesităților clinice au fost realizate numeroase studii asupra materialelor biocompatibile care pot îndeplini cerințele de selectivitate, metabolizare, biodisponibilitate și biodegradabilitate. Astfel au fost dezvoltate numeroase rețele polimerice ce pot candida cu succes la rolul de „dispozitiv” de transport pentru compușii biologic activi de interes clinic. În cele ce urmează vor fi prezentate câteva astfel de materiale care sunt utilizate la fabricarea sistemelor de eliberare controlată. Hidrogeluri bazate pe chitosan Hidrogelurile fac parte din clasa de sisteme de eliberare controlată „inteligente” datorită proprietăților pe care le dețin: biodegradabilitate, funcționalitate, biorecunoaștere, permeabilitate [4]. Hidrogelurile sunt rețele reticulate de polimeri cu un număr ridicat de grupări hidrofile, cu o mare afinitate pentru apă, permițându-i acesteia să pătrundă în rețeaua polimerică. Cele mai bune rezultate au fost date de hidrogelurile sintetizate din chitosan datorită capacității organismului de a degrada aceste structuri prin metabolizare enzimatică [5]. Chitosanul este o polizaharidă liniară compusă din unități β-(1-4)-D-glucozamină și N-acetil-Dglucozamină (Figura 5) și este candidatul ideal pentru sistemele de eliberare controlată dar ocupă primul loc și în alte studii referitoare la vectori non-virali pentru genele ADN [5, 6]. Datorită faptului că este non-toxic, stabil, biodegradabil și poate fi sterilizat, acesta poate fi folosit la sinteza hidrogelurilor sub diferite forme: geluri lichide, pudră, filme, tablete, microsfere, nanofibre etc. Pentru sinteza hidrogelurilor se pot folosi și polimeri hidrofili sintetici (poli-N-izopropilacrilamida, alcoolul polivinilic etc.), dar nefiind în totalitate biodegradabili, aceștia pot determina inflamația la locul de implantare a dispozitivului cu eliberare controlată [6]. Polimerii din constituția hidrogelurilor pot absorbi cantități diferite de apă, care pot varia de la o fracție până la de câteva mii de ori masa proprie, în funcție de grupările hidrofile prezente în rețea. Acest fenomen fizic duce la expansiunea gelului, care capătă astfel proprietăți comune cu țesuturile vii – tensiune superficială scăzută, consistență moale. Rețelele polimerice se formează în prezența compusului biologic activ și determină încapsularea acestuia. Biofuncționalizarea hidrogelurilor pe bază de chitosan sporește biodisponibilitatea prin formarea de bionanomateriale cu funcții noi. În 2014, Roberio și colab. [7] au sintetizat o serie de biohibrizi, prin biofuncționalizarea chitosanului (CHT) extras din carapace de crab cu pectină (PCT) extrasă din sucul de fructe și straturi duble de hidroxizi (LDH, [Mg0,67Al0,33(OH)2 ]Cl0,33 × n H2O – obținut după metoda descrisă de Constantino și Pinnava în 1998) [7]. Astfel au obținut un bionanomaterial CHT/LDH-5ASA [7], cu funcții noi, care poate servi drept vehicul pentru sistemele de eliberare controlată utilizate în practica clinică. Eliberarea substanței active este influențată de o serie de procese fizico-chimice: difuzie, expansiune sau degradare enzimatică [8, 9]. Expansiunea duce la „deschiderea” porilor și la eliberarea substanței active, în timp ce degradarea enzimatică distruge rețelele și astfel, în funcție de tipul de mecanism, se produce eliberarea compusului activ în sistem. Spre exemplu, eliberarea compusului biologic activ bazată pe mecanismele biochimice de degradare a matricei deține avantajul bioselectivității [7-9]. Alegerea corectă a tipului de material pentru sinteza hidrogelului, a tipului de rețea la care să se ajungă în finalși a tipului de mecanism de eliberare vizat asigură o serie de calități farmacologice substanței active, pe parcursul actului terapeutic.

https://www.researchgate.net/profile/Alexandru_Rogobete/publication/262935579_Systems_for_controlled_release_of_biologically_active_compounds__applications_in_Anaesthesia_and_Intensive_Care_units/links/0f317539969d955733000000.pdf

În prezent pe plan mondial se derulează cercetări, inițiate de câteva decenii, pentru dezvoltarea unor sisteme noi de eliberare a medicamentelor. În terapia convențională, medicamentul, imediat după administrarea în organism, este eliberat deodată, determinând creșterea rapidă a concentrației acestuia în plasma sanguină, uneori la valori care depășesc nivelul toxic, ceea ce conduce la un conflict cu scopul urmărit, de obținere a unui efect maxim al medicamentului, cu efecte secundare minime. Progresele tehnologice în domeniul farmaceutic al terapiei medicamentoase contribuie continuu la înlocuirea acestor forme de formulare a medicamentelor cu sisteme de eliberare în mod constant și de durată a acestora. Complexitatea sistemelor biologice solicită sisteme de eliberare controlată a medicamentelor adecvate tratării individualizate și specifice fiecărei zone a organismului uman, care este sediul apariției unei disfuncționalități, precum și tipurilor de maladii care necesită tratamentul. Abordarea interdisciplinară a domeniului sistemelor de eliberare a medicamentelor va asigura în viitor terapii mai sigure și mai eficiente în tratarea afecțiunilor care ridică în prezent dificultăți serioase în privința vindecării, iar pe de altă parte se urmărește rezolvarea optimă a problemei gestionării efectelor secundare ale terapiilor medicamentoase.

Din punct de vedere al structurii lor chimice, aceste sisteme complexe care permit transportul și eliberarea controlată a medicamentelor sunt combinații de polimeri, în general de origine naturală.

După Peppas și Colab, „hidrogelurile sunt rețele polimerice tridimensionale hidrofile capabile să înglobeze mari cantități de apă sau fluide biologice”. Aceste rețele pot fi clasificate în două categorii principale, după tipul de reticulare între macromolecule, fizică sau chimică. (Sisteme de eliberare controlată a medicamentelor. Hidrogeluri, V. Pașcalău, V. Popescu, Universitatea Tehnică din Cluj- Napoca).

Un design îmbunătățit a fost adus de cercetătorii de la A*Star și deja a fost testat pe cobai în tratamentul Hepatitei C. "Am găsit o metodă de a controla precis rata și durata eliberării de medicament", spune Motoichi Kurisawa de la A*Star Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN), ce lucrează și cu cercetători de la A*Star Institute of Molecular and Cell Biology.

Echipa IBN a creat hidrogeluri bazate pe un carbohidrat complex numit dextran. Noutatea reiese din folosirea polimerului polietilenglicol pentru a încorpora domenii micrometrice în gel. Aceste domenii se comportă ca rezervoare pentru medicament, când moleculele de medicament sunt de asemenea legate de polietilenglicol. Interacțiunile chimice dintre proteina modificată și domeniile rezervor permit o eliberare constantă și lentă a proteinei, o îmbunătățire considerabilă față de alternativele existente.

Prin modificarea dimensiunilor microstructurii gelului, cercetătorii au putut controla de asemenea rata cu care medicamentul este eliberat, lucru ce crește flexibilitatea sistemului. Alt avantaj este că hidrogelurile sunt non-toxice și se degradează natural după ce încărcătura a fost eliberată. Testele pe un hidrogel scufundat în lichid au demonstrat o eliberare susținută de interferon pe o perioadă de 3 luni.

Adevăratul test, desigur, este cel efectuat într-un sistem viu. Kurisawa și colegii lui au demonstrat că tehnologia lor reprezintă o metodă potențială de a trata Hepatita C. Această boală serioasă a ficatului ucide aproximativ 500 000 de oameni din toată lumea, anual, distrugerile fiind limitate de interferon. Tratamentul existent necesită 8 injecții pe săptămână la spital, lucru ce consuma timp, este dureros și are efecte secundare cum ar fi oboseala sau depresia.

Noul hidrogel încărcat cu interferon a fost implantat într-un cobai – servește ca model de Hepatita C pentru oameni – și rezultatele au fost încurajatoare. "Această singură administrare a prevenit apariția afecțiunilor în ficat la fel de eficient ca procedura existentă cu injecțiile repetate", spune Kurisawa. Următorul pas va fi efectuarea testelor clinice pe oameni. Kurisawa spune că echipa caută un partener cu ajutorul căruia sa aducă tehnologia pe piață. El evidențiază și faptul că sistemul poate fi folosit pentru administrarea unei plaje largi de alte medicamente. Folosit ca material pentru construcția biosenzorilor și electronicelor, va facilita producerea dispozitivelor flexibile, cum ar fi pielea artificială pentru mâinile bionice.

http://bioinitio.ro/?p=3852

5. Concluzii Hidrogelurile polimerice, cu diferite compoziții și structuri, cu proprietăți fizico-chimice noi, constituie o categorie de materiale cu aplicații promițătoare ca transportori de medicamente pentru diferite tehnologii de eliberare controlată a medicamentelor, introducerea lor în circuitul comercial fiind rodul unei activități interdisciplinare susținute și responsabile.