Somministrazione di farmaci a base di liposomi come potenziale opzione di trattamento per il morbo di Alzheimer

ali.ma@wecistanche.com

Con attenzione Hernandez, Surabhi Shukla*

Astratto

Il morbo di Alzheimerè una condizione neurodegenerativa che porta all'atrofia del cervello e sottrae quasi 5,8 milioni di individui negli Stati Uniti di età pari o superiore a 65 anni delle loro funzioni cognitive.Alzheimerpatologiaè associato alla demenza e a un progressivo declino della memoria, del pensiero e delle abilità sociali, portando infine a un punto in cui l'individuo non può più svolgere le attività quotidiane in modo indipendente. I farmaci attualmente disponibili sul mercato alleviano temporaneamente i sintomi, tuttavia, non riescono a rallentare la progressione della malattia di Alzheimer. Il trattamento e le cure sono stati limitati a causa della difficoltà di somministrazione del farmaco alla barriera ematoencefalica. Diversi studi hanno portato all'identificazione di vescicole per trasportare i farmaci necessari attraverso la barriera emato-encefalica che in genere non raggiungerebbero l'area mirata attraverso farmaci somministrati per via sistemica. Recentemente, i liposomi sono emersi come un valido agente di somministrazione di farmaci per il trasporto di farmaci che non sono in grado di attraversare la barriera ematoencefalica. I liposomi vengono utilizzati come componenti della somministrazione di farmaci con nanoparticelle; a causa della loro natura biocompatibile; e in possesso della capacità di trasportare agenti terapeutici sia lipofili che idrofili attraverso la barriera ematoencefalica nelle cellule cerebrali. Gli studi indicano l'importanza della somministrazione di farmaci a base liposomiale nel trattamento dei disturbi neurodegenerativi. L'idea è di incapsulare i farmaci all'interno del liposoma opportunamente ingegnerizzato per generare una risposta al trattamento. I liposomi sono progettati per colpire specifiche frazioni malate e inoltre sono allo studio diverse modificazioni superficiali dei liposomi per creare un percorso clinico per la gestione della malattia di Alzheimer. Questa recensione si occupa diAlzheimerpatologiaesottolineare le sfide associate alla somministrazione di farmaci al cervello e come la somministrazione di farmaci liposomiali può svolgere un ruolo importante come metodo di somministrazione di farmaci per il trattamento del morbo di Alzheimer. Questa recensione fa anche luce sulla variazione dei liposomi. Inoltre, sottolinea le formulazioni liposomiali che sono attualmente ricercate o utilizzate per il trattamento diAlzheimerpatologiae discute anche la prospettiva futura della somministrazione di farmaci a base liposomiale nella malattia di Alzheimer.
Parole chiave: malattia di Alzheimer; beta-amiloide; barriera ematoencefalica; consegna del cervello; sistemi di somministrazione di farmaci; farmaci incapsulati; liposomi; nanoparticelle; malattie neurodegenerative; PEGilazione; consegna mirata; tau

Clicca per Cistanche tubulosa e Cistanche deserticola ma per il morbo di Alzheimer

introduzione

Il morbo di Alzheimer(AD) è un disturbo neurodegenerativo che causa problemi di memoria, ragionamento e giudizio. Attualmente, non sono disponibili cure o cure per l'AD. I farmaci disponibili aiutano solo nella gestione dei sintomi. La diagnosi di AD comporta la tomografia a emissione di positroni per identificare l'accumulo di proteina beta-amiloide, una delle proteine ​​colpevoli che possono causare l'atrofia cerebrale associata all'AD (Varghese, 2005; Kassem et al., 2020). I pazienti con AD costituiscono più di 5 milioni di americani nel 2019, stimando che quel numero sarà di 16 milioni di americani entro il 2050. Attualmente, l'AD è la sesta causa di morte negli Stati Uniti. Il costo dell'Alzheimer negli Stati Uniti per il 2018 è stato di oltre 277 miliardi di dollari (Kassem et al., 2020; Nessun autore elencato, 2020). I pazienti che convivono con l'AD nelle fasi avanzate soffrono di complicazioni come difficoltà nell'alterare la posizione fisica, richiedere supporto per spostarsi, notevole aumento o perdita di peso, graduale perdita della parola e difficoltà sostanziali con ritenzione a breve e lungo termine (Nessun autore elencato, 2020). Il cervello di un adulto fisiologicamente sano comprende circa 100 miliardi di neuroni. I neuroni sono costituiti da lunghe estensioni ramificate che consentono connessioni tra altri neuroni; queste connessioni sono note come sinapsi. Le sinapsi rilasciano ondate di sostanze chimiche che si spostano da un neurone e identificate da un altro neurone (Vermunt et al., 2019; Nessun autore elencato, 2020; Zameer et al., 2020). Circa 100 trilioni di sinapsi sono responsabili dei circuiti neuronali del cervello; questi circuiti sono ciò che crea il fondamento cellulare di ricordi, pensieri, percezioni, sentimenti, movimento e abilità cognitive (Vermunt et al., 2019). Il ritorno di fiamma di queste connessioni sinapsiche sono identificate come una malattia neurodegenerativa; ANNO DOMINI. Il ritorno di fiamma fisiologico è causato da due proteine ​​beta-amiloide e tau (Liet al., 2020; Nessun autore elencato, 2020). L'AD si verifica attraverso l'accumulo di frammenti proteici noti come placche amiloide-beta o grovigli di una proteina nota come tau (Vermunt et al., 2019). Questi accumuli impediscono ai neuroni di essere in grado di condurre le connessioni necessarie che porterebbero a un richiamo della memoria. le placche amiloidi circondano i neuroni sani impedendo loro di connettersi tra loro. Le placche beta-amiloidi, precedute dagli oligomeri, portano alla distruzione e alla morte dei neuroni; rendendoli incapaci di elaborare una sinapsi (Ostro e Cullis, 1989; Vermunt et al., 2019). Gli oligomeri sono copie ripetute di piccole molecole simili o identiche. Gli oligomeri tendono a svilupparsi durante la prima insorgenza dell'AD, prima dello sviluppo delle placche di amiloide-beta. Gli oligomeri dell'amiloide-beta sono identificati come il gruppo beta-amiloide più tossico (Harilal et al., 2019; Nessun autore elencato, 2020). Esistono diversi studi e sperimentazioni cliniche per una migliore comprensione della progressione della malattia, tuttavia non è stata ancora trovata alcuna cura per l'AD. La ricerca mirata allo sviluppo di un metodo per eliminare l'accumulo di peptidi beta-amiloide e la regolazione della sua produzione sono la potenziale strategia per il trattamento dell'AD (Ostroand Cullis, 1989). I ricercatori hanno una teoria secondo cui l'equilibrio del peptide beta-amiloide nel cervello e nel flusso sanguigno può aiutare a eliminare l'eccesso di beta-amiloide dal cervello (Mourtas et al., 2019; Vermunt et al., 2019). Il problema è stato il targeting dell'amiloide-beta. L'idea è che il trattamento nanotecnologico possa ora essere specificato per colpire l'amiloide-beta; introducendo una piccola porzione della proteina beta-amiloide nel sangue (Vermunt et al., 2019). Le proteine ​​Tau sono il secondo segno distintivo dell'AD e sono presenti negli assoni delle cellule nervose. La funzione preliminare delle proteine ​​tau è quella di formare microtubuli per il trasporto dei nutrienti necessari attraverso le cellule nervose. I nutrienti all'interno delle cellule nervose consentono alle cellule di rimanere dritte e forti. I grovigli di Tau si verificano all'interno dei neuroni, rendendoli inefficaci (Ostro e Cullis, 1989; Villemagneet al., 2013). I grovigli di tau che si trovano all'interno dei neuroni privano i neuroni di molecole vitali o sostanze nutritive come risultato della morte dei neuroni. Questi eventi fisiologici portano all'infiammazione e all'atrofia del cervello. Questi cambiamenti inibiscono il cervello dall'elaborazione del glucosio; la principale fonte di energia per il cervello (Ostroand Cullis, 1989; Vermunt et al., 2019). I pazienti con AD mostrano prove della disintegrazione delle proteine ​​tau all'interno dei neuroni.

I piani di trattamento dell'AD attualmente disponibili riguardano principalmente inibitori della colinesterasi (donepezil, galantamina, rivastigmina), antagonisti del recettore N-metil-D-aspartato (NMDA) (memantina), un inibitore dell'acetilcolinesterasi (tacrina) (Spuch e Navarro, 2011). Gli inibitori della colinesterasi oracetilcolinesterasi migliorano la memoria, il pensiero, il linguaggio e l'elaborazione del pensiero (Vermunt et al., 2019). I pazienti con AD sono identificati come aventi livelli più bassi di acetilcolina (Ach). Gli inibitori della colinesterasi aumentano i livelli di Ach, inibendo la rottura dell'acetilcolina nella fessura sinaptica e aumentando l'eccitazione neuronale (Kuo and Lee, 2016; Binda et al., 2018). ACh è un corriere chimico, l'apprendimento e il richiamo vitali (Binda et al., 2018). Gli antagonisti del recettore NMDA migliorano la memoria, la concentrazione, il ragionamento, il linguaggio e il richiamo di compiti grossolani. Il meccanismo d'azione NMDA consente la trasmissione di indicatori elettrici tra i neuroni nel cervello e nel plesso spinale. I recettori NMDA devono rimanere aperti e legarsi con glicina e glutammato; aprendo i canali ionici. Il glutammato è un neurotrasmettitore che permette l'attivazione della funzione cognitiva. Attraverso questa regolazione dei recettori NMDA con tali antagonisti del recettore NMDA come la memantina, l'eccitabilità neuronale può essere ridotta. I pazienti con AD hanno una maggiore quantità di glutammato. L'eccitazione neuronale sproporzionata provoca un deterioramento neuronale. Le revisioni cliniche del trattamento hanno espresso un sollievo dal carico del caregiver e un leggero miglioramento della qualità complessiva della vita. I trattamenti hanno espresso il miglior risultato principalmente in pazienti che mostravano sintomi da lievi a moderati (Johnson e Kotermanski, 2006).

I farmaci usati per il trattamento delle malattie neurodegenerative sono generalmente somministrati per via orale; mentre aiutano a gestire i sintomi della malattia, tuttavia non riescono molto a ritardare la progressione. Il farmaco orale una volta ingerito non raggiunge il cervello nel suo pieno effetto in quanto viene metabolizzato dal fegato rendendo la sua disponibilità inefficiente per gestire la malattia reale (Spuch e Navarro, 2011). I trattamenti che utilizzano i liposomi per il trasporto attraverso la barriera ematoencefalica (BBB) ​​potrebbero mostrare un potenziale impatto sull'effettiva progressione della malattia raggiungendo la regione cerebrale che richiede un trattamento. L'obiettivo di questa recensione è quello di raccogliere informazioni attuali su come i liposomi come sistema di somministrazione di farmaci possono svolgere un ruolo importante come potenziale opzione di trattamento per l'AD. Questa recensione tocca anche brevemente le sfide associate alla somministrazione di farmaci al cervello. La revisione descrive alcune delle variazioni e modifiche dei liposomi e si occupa anche della ricerca attuale sui liposomi affrontando il loro ruolo come potenziale opzione di trattamento per l'AD.

Strategia di ricerca e criteri di selezione

Gli articoli citati in questa recensione pubblicata dal 1997 al 2020 sono stati cercati su database tra cui NCBI PubMed, Web ofScience, Scopus e Google Scholar. Sono state utilizzate le seguenti parole chiave: malattia di Alzheimer; beta-amiloide; barriera ematoencefalica; consegna del cervello; sistemi di somministrazione di farmaci; farmaci incapsulati; liposomi; nanoparticelle; malattie neurodegenerative;PEGilazione; consegna mirata e tau.

Sfide della somministrazione di farmaci nella barriera ematoencefalica

L'AD colpisce il cervello, una parte del corpo associata a difficoltà nella somministrazione e nel trattamento dei farmaci a causa della presenza di barriere protettive. Il sistema nervoso centrale ha delle barriere preimpostate per proteggere il cervello e il midollo spinale; sfortunatamente, questi strati protettivi rappresentano una barriera terapeuticamente (Vermuntet al., 2019). Il sistema nervoso centrale è composto dalla barriera del liquido emato-cerebrospinale e dalla BBB. Questi due compartimenti separano il sangue circolante dai neuroni (Forlenza et al., 2010; Vieira e Gamarra, 2016). L'esistenza di trasportatori endogeni nella BBB consente l'ammissione selettiva dei nutrienti e la limitazione dell'ingresso di sostanze estranee (Mourtas et al., 2019). Numerosi trasportatori endogeni consentono selettivamente i nutrienti e i minerali necessari attraverso la barriera ematoencefalica al cervello. La stessa voce selettiva limita l'ingresso di materiali esterni, compresi i farmaci (Spuch e Navarro, 2011). Questo sistema di controlli che protegge il cervello rende inutili anche i metodi di trattamento tradizionale per trattare le aree del sistema nervoso centrale. I farmaci sistemici devono superare la barriera ematoencefalica per raggiungere il cervello (Misra et al., 2003;Mourtas et al., 2019). Queste barriere non solo impediscono il trattamento e la diagnosi dell'AD, ma anche demenza, meningite, infezioni virali e batteriche, morbo di Parkinson, disturbi psichiatrici e sindrome da immunodeficienza acquisita. Questi stati di malattia offrono la necessità di sviluppare un modello di trattamento mirato al cervello. Il fallimento di vari studi in vitro ha portato alla ricerca di una vescica in grado di trasportare il farmaco nelle aree necessarie per colpire il cervello (Spuch e Navarro, 2011; Davtyan et al., 2014; Vermunt et al., 2019; Nessun autore elencato , 2020). I limiti fissati dalla BBB hanno stabilito nuovi limiti per la nanoterapia da superare nelle aree di affinità, assorbimento e funzione del sistema di rilascio. Modifiche per aumentare l'affinità e il legame di nanoparticelle lipofile sulle cellule endoteliali accrescono il trasporto di farmaci attraverso l'endocitosi o la via lipofila (Ostro e Cullis, 1989). L'assorbimento del farmaco è necessario per raggiungere un indice terapeutico sicuro. Le nanoparticelle forniscono un migliore rilascio del farmaco nei capillari aumentando le possibilità che il farmaco venga trasportato attraverso il BBB. La somministrazione mirata al sito consente di bypassare le barriere di assorbimento orale e intestinale e aumenta la biodisponibilità dei farmaci nel sito target (Ostro e Cullis, 1989). Sono ancora necessarie ulteriori modifiche per aggirare il BBB. Le variazioni di superficie sulle nanoparticelle hanno consentito alle nanoparticelle di entrare nella BBB; evitando l'opsonizzazione fagocitaria che esprime la progressione della concentrazione di farmaco consegnata al cervello (Karthivashan et., 2018). Infine, la funzione della transcitosi mediata dal recettore del nanotrasportatore consente al farmaco di passare attraverso il BBB e raggiungere il cervello. I liposomi sono stati ampiamente studiati come potenziali nanocarrier per consentire il trasporto di farmaci attraverso il BBB (Karthivashan et al., 2018; Naqvi et al., 2020).

estratto di cistanche

Liposomi e strategie di somministrazione dei farmaci

I liposomi sono formazioni di nanoparticelle organiche sferiche, composte da un doppio strato lipidico che comprende un nucleo acquoso insieme a uno strato fosfolipidico lipofilo esterno impermeabile (Figura 1) (Ross et al., 2018; Harilal et al., 2019). Il centro acquoso è racchiuso in un involucro di agenti idrosolubili per il trasporto che garantiscono l'arrivo nelle aree interessate (Sokolikand Maltsev, 2015). L'intermedio acquoso consente al segmento polare della molecola di rimanere in collegamento con l'ambiente polare, mentre scherma ancora il segmento non polare. Il rivestimento esterno che circonda il centro acquoso è costituito da grasso denominato doppio strato fosfolipidico (Harilal et al., 2019; Mourtas et al., 2019). Il doppio strato fosfolipidico aiuta a trasportare gli agenti liposolubili nello strato liposolubile della membrana cellulare (Figura 1). Gli alliposomi convenzionali contengono tipicamente fosfolipidi biologici e lipidi come monosialoganglioside, 1,2-distearoryl-sn-glicero-3-fosfatidilcolina, fosfatidilcoline di uova e sfingomielina (Yu et al., 2011; Bender et al., 2019 ).Il metodo di formulazione dei liposomi è un modo per classificare forme distinte di vescicole liposomiche (Harilal et al., 2019; Mourtas et al., 2019). I liposomi possono essere classificati in tre gruppi; vescicole multilamellari (MLV), piccole vescicole unilamellari (SUV) e grandi vescicole unilamellari (Corace et al., 2014; Dreier et al., 2016; Kong et al., 2020). Gli MLV sono costituiti da numerosi strati lipidici divisi da una soluzione acquosa; la preparazione è spontanea. Gli MLV sono formati da un'agitazione delicata. Piccole vescicole unilamellari o grandi vescicole unilamellari variano di dimensioni e sono create dall'omogeneizzazione dell'MLV con un singolo strato lipidico (Varghese, 2005; Kassem et al.,2020). I liposomi sono costituiti da colesterolo più fosfolipidi e molecole di farmaci attivi (Ostro e Cullis, 1989; Vermunt et., 2019). La posizione dell'incapsulamento del farmaco è determinata dall'ambiente ottimale del farmaco. La comprensione della composizione dei liposomifosfolipidi consente una migliore comprensione della posizione necessaria per il trasporto del farmaco. I fosfolipidi sono costituiti da una coda idrofobica (2 acidi grassi contenenti 10-20 atomi di carbonio) e una testa idrofila (acido fosforico legato a una molecola idrosolubile) (Harilal et al., 2019; Fonseca-Gomes et al. , 2020). Il lipide può variare in dimensioni da 25 nm a 5000 nm di materiale grasso microscopico. Dal punto di vista terapeutico i liposomi possono aumentare l'efficacia, la stabilità, il rilascio di controllo, la somministrazione di un farmaco attraverso vie multiple, l'azione tissutale mirata e aiutare a ridurre la tossicità del farmaco non necessaria (Corace et al., 2014; Dreier et al., 2016; Fonseca-Gomes et al., 2020). I liposomi sono stati a lungo studiati come vescicole che possono essere ingegnerizzate per offrire appello alle barriere endogene inclini a respingere gli oggetti estranei (Yadav et al., 2017).

I tratti dei liposomi che consentono loro di essere vescicole così eccellenti sono la loro capacità di trasportare farmaci anfipatici, idrofili e idrofobici, tossicità minima, eccellente compatibilità con l'ambiente esterno, assenza di innesco del sistema immunitario e sito d'azione mirato per un'efficace somministrazione del farmaco (Harilal et al., 2019; Mortas et al., 2019). Gli agenti incapsulati nei liposomi migliorano la protezione dal degrado immediato dall'ambiente esterno (Yu et al., 2011). I vantaggi dell'uso dei liposomi sono una riduzione della tossicità del farmaco dall'esposizione a siti non bersaglio e un aumento dell'efficacia terapeutica (Yu et al., 2011; Bender et al., 2019).

Sebbene la formulazione liposomiale abbia molti vantaggi e abbia successo nel processo di sviluppo del farmaco, ma non è esente da limitazioni che derivano dalla scarsa stabilità dei liposomi in vivo e dalle condizioni di scaffale La scarsa stabilità è dovuta alla potenziale ossidazione dei lipidi, idrolisi, perdita, fissione e fusione delle particelle e riduzione nei vettori idrofili (Akbarzadeh et al., 2013; Randles e Bergethon, 2013; Pattni et al., 2015). Un'altra limitazione del sistema liposomiale di somministrazione del farmaco è il caricamento del farmaco o l'efficienza di incapsulamento dei farmaci. La formulazione liposomiale di un farmaco potrebbe essere creata se l'efficienza di incapsulamento del farmaco è tale che il farmaco può essere somministrato in dosi terapeutiche in una quantità ragionevole di lipidi. Poiché i lipidi in quantità maggiori possono produrre tossicità e portare a una farmacocinetica saturabile dei farmaci. La limitazione della somministrazione di farmaci liposomiali è il carico di farmaci. Il caricamento dei farmaci inliposomi può essere effettuato in due modi: passivamente (il farmaco viene caricato o incapsulato durante la formazione dei liposomi o attivamente (dopo la formazione dei liposomi). Sharma, 1997; Sharma et al., 2018).L'efficienza di intrappolamento è inferiore al 30% ed è limitata dal volume intrappolato limitato nei liposomi e dalla solubilità dei farmaci. I progressi nelle tecniche hanno fornito modi per migliorare l'efficienza di incapsulamento dei farmaci idrofili. Ad esempio , i farmaci idrofili che hanno gruppi amminici possono essere attivamente intrappolati mediante l'uso di un gradiente di pH che porta a un'efficienza del 100%. Inoltre, il carico attivo di farmaci anfipatici deboli acidi o basici può aumentare l'efficienza di incapsulamento (Sharma e Sharma, 1997; Sharma et al., 2018).

Alcuni altri svantaggi associati ai liposomi sono problemi di instabilità plasmatica, rapido rilascio di farmaci e assorbimento al sistema reticoloendoteliale. Questi problemi associati alla somministrazione di farmaci a base liposomiale possono essere risolti da alcune modifiche ai liposomi. I liposomi possono anche subire modifiche per correggere i cambiamenti a breve termine nelle dimensioni e nei componenti lipidici (Kuo e Lin, 2014; Hubin et al., 2019). Vengono apportate modifiche alla struttura e alle proprietà dell'aliposoma; a seconda del farmaco incapsula e dell'ambiente di trattamento desiderato necessario. Un esempio di additivo strutturale è l'aggiunta di colesterolo (Corace et al., 2014; Dreier et al., 2016). L'aggiunta di colesterolo o 1,{5}}dioleoil-sn-glicero{8}}fosfoetanolamina a un liposoma principalmente fosfolipidico aiuta ad affrontare il problema dell'instabilità dei liposomi nel plasma e della riduzione del rilascio rapido. Inoltre, l'aggiunta di polietilenglicole (PEG) alla superficie del liposoma ha dimostrato di aumentare il tempo di circolazione dei farmaci fino a 55 ore, aumentando così l'emivita degli agenti incapsulati (Ostro e Cullis, 1989; Morgan, 2011; Harilal et al., 2019). La presenza di PEG sulla superficie dei liposomi riduce anche l'assorbimento del sistema dei mononuclearfagociti (liposomi stealth). I liposomi stealth hanno avuto successo nell'evitare l'assorbimento dei mononuclearfagociti, tuttavia i liposomi stealth non hanno avuto successo nell'evitare l'assorbimento reticoloendoteliale; da qui la necessità di una modifica e l'introduzione di liposomi mirati al ligando (Kuo e Lin, 2014; Balklava et al., 2015) (Figura 1) ). Altre modifiche apportate al liposoma includono liposomi mediati da ligando target e anticorpi coniugati da PEG per garantire la stabilizzazione del liposoma e il successo del trattamento (Figura 1). Gli obiettivi del ligando offrono un liposoma personalizzato che può aumentare il tasso di accumulo di farmaci nel tessuto mirato. I ligandi possono essere costituiti da anticorpi, peptidi e proteine ​​attaccati direttamente sulla testa fosfolipidica del liposoma caricato con agente o su una catena PEG (Figura 1). Il ligando composto da amminoacidi offre un'elevata affinità verso le cellule bersaglio e offre un trattamento meno tossico per il paziente riducendo l'esposizione sistemica (Kuo e Lin, 2014; Balklava et al.,2015; Kuo e Tsao, 2017). Gli agenti caricati negativamente presentano una sfida nella somministrazione di farmaci. Si ritiene che i liposomi con cariche negative vengano rimossi rapidamente dalla circolazione diminuendo la disponibilità terapeutica (Spuch e Navarro, 2011; Kuo et al.,2017). I liposomi neutri o con carica positiva riducono il tasso di assorbimento reticoloendoteliale consentendo a un'efficace potenza del farmaco di raggiungere l'area mirata (Harilal et al., 2019; Mourtas et al., 2019). Questa manipolazione del liposoma diminuisce la capacità dei liposomi di attraversare il BBB (Kuo et al.,2017). La somministrazione del farmaco da parte dei liposomi avviene mediante diffusione passiva, ritenzione delle vescicole ed erosione delle vescicole. I liposomi sono associati a tre modelli specifici di interazione cellulare per il trasporto di agenti adsorbimento, fusione ed endocitosi. Il liposoma consente un migliore controllo sulla quantità di tempo che l'agente terapeutico trascorre nel sistema circolatorio riducendo così gli effetti collaterali tossici e prolungando l'azione terapeutica (Kuo e Tsao, 2017; Kong et al., 2020).

I liposomi offrono la capacità di trasportare grandi quantità di farmaco avvolte in una vescicola. Sebbene i liposomi possano sembrare molto promettenti, tuttavia non sono privi di limitazioni (Kuo e Lin, 2014; Balklava et al., 2015). Somministrato per via orale il liposoma non sarebbe fattibile in quanto il pH dello stomaco basso e la possibile interazione con il sale biliare renderebbe il liposoma instabile. La progettazione dei liposomi affinché siano funzionali nell'ambiente di trattamento ottimale li rende vulnerabili a temperatura, onde ultrasoniche, magnetismo, luce e pH (Kong et al., 2020). I liposomi sono stati osservati in tutte le sue possibili minacce, inclusi i macrofagi (Kuo e Lin, 2014). Garantire che il liposoma sia stabile ha comportato garantire che i doppi strati non siano degradati al momento della somministrazione, come previsto se assunto per via orale, e controllare il rilascio del farmaco nell'area bersaglio (Pillot et al., 1997). Per garantire che il sistema farmacologico non fallisca, sono allo studio diverse varianti di questo nanovettore. L'esempio menzionato in precedenza di come alcune alterazioni della superficie del liposoma lo renderebbero incapace di penetrare nel BBB e come l'aggiunta di ligandi mirati d'altra parte aumenterebbe la sua capacità di entrare nel BBB (Figura 1) mostra alcuni liposomi modificati che possono infiltrarsi nel cervello. L'obiettivo di un liposoma è fornire un livello terapeutico di farmaco nell'area mirata ed evitare attacchi immunologici (Harilal et al., 2019; Mourtas et al., 2019). Alcuni altri tipi di liposomi attualmente valutati nella ricerca sono virosomi, immunoliposomi e liposomi di basi geniche che sono descritti di seguito (Tabella 1).

Fondamenti di Virosomi

Il virosoma è un tipo di liposoma formulato dal legame di un legame non covalente di un involucro virale fusogeno e di un aliposoma (Spuch e Navarro, 2011; Carrera et al., 2013; Onodera et al., 2014). La costruzione di un virosoma viene eseguita utilizzando frammenti virali insieme a un trasportatore non virale. Possono anche essere costruiti pseudo virioni per consentire il trattamento. Il virus emoagglutinante del Giappone o il virus dell'epatite B sono stati studiati nell'uso dei virosomi (Spuch e Navarro, 2011; Onodera et al., 2014; Kuo e Tsao, 2017). I derivati ​​​​del virus dell'emoagglutinazione del Giappone confezionati in un liposoma vengono utilizzati per trasportare efficacemente DNA, siRNA e agenti antitumorali (Carrera et al., 2013). Il virus emoagglutinante del Giappone ha attivato un'attività antitumorale selettiva per il cancro. I virosomi sono stati anche studiati di recente per lo sviluppo di un'inoculazione preventiva e terapeutica per l'AD (Kuo and Chou, 2014). È stato riportato che l'inoculazione contenente peptide amiloide ha avuto risultati positivi in ​​molti modelli di topi AD. L'efficacia dell'inoculazione ha veicolato l'inibizione e la rimozione delle placche amiloidi nel tessuto cerebrale del topo infetto. La futura ricerca sull'ulteriore sviluppo della vaccinazione fornirà maggiori informazioni sulle promesse che i virosomi hanno da offrire alla terapia neurodegenerativa (Carreraet al., 2013; Kuo e Chou, 2014).

Fondamenti di immunoliposomi

Gli immunoliposomi sono liposomi caricati con un farmaco e sono coniugati con anticorpi monoclonali che sono impostati su cellule bersaglio specifiche. Modifica dell'esterno dei liposomiAumenta l'affinità con le cellule tumorali mirate e l'anticorpo ha migliorato l'indice terapeutico (Harilal et al., 2019; Mourtaset al., 2019). Gli immunoliposomi hanno mostrato successo nella terapia di soppressione del tumore in vivo. I liposomi hanno protetto l'agente incapsulato dai macrofagi attraverso modifiche, ma gli immunoliposomi innescano la risposta immunitaria. La riduzione della risposta immunitaria mediante l'uso di immunoliposomi si verifica utilizzando la porzione Fc dell'anticorpo IgG e utilizzando anticorpi umanizzati (Spuch e Navarro, 2011; Carrera et al., 2013; Onodera et al., 2014). Il frammento Fc viene modificato per colpire il recettore della transferrina umana. Un recettore della transferrina è una glicoproteina di membrana ed è espresso in diversi tessuti e cellule. La transferrina è presente sulle cellule endoteliali del cervello, sui globuli rossi e su alcune cellule tumorali. I recettori della transferrina svolgono un ruolo importante come glicoproteina plasmatica legante il ferro che controllano il trasferimento del ferro nelle cellule, regolando così il livello di ferro libero nelle cellule e nel cervello. Studi recenti indicano che la transferrina può attraversare la BBB tramite endocitosi. Recenti studi in vitro indicano che i liposomi coniugati con la transferrina potrebbero penetrare BBB. Due tecniche di modifica della boostaffinity sono il legame dell'anticorpo direttamente alla testa del fosfolipide di un liposoma; la seconda tecnica consiste nell'attaccare l'anticorpo a una catena PEG. L'uso della catena PEG ha anche migliorato la ritenzione di anticorpi (Carrera et al., 2013;Mourtas et al., 2019). Il metabolismo epatico del farmaco è un'altra questione affrontata dal frammento Fc; il modello attivo utilizzato nell'immunoliposoma è il liposoma Fab-PEG. Il liposoma Fab-PEG ha una ritenzione più lunga nel sangue poiché evita l'assorbimento dalla fagocitosi (Carrera et al., 2013; Onodera et al., 2014).

Fondamenti di liposomi a base genica

Essendo il DNA una molecola anionica di notevoli dimensioni, è difficile trasportare attraverso le cellule (Carrera et al., 2013; Onodera et al., 2014). L'enzima deossiribonucleasi in circolazione scompone il DNA, rendendo impossibile raggiungere intatta la posizione target. In modelli di topo, i liposomi hanno dimostrato la capacità di trasportare efficacemente il DNA intracellulare. I componenti dei liposomi a base genica sono costituiti da una testa idrofila amminica e da un fosfolipide (Carrera et al., 2013). L'aggiunta della testa dell'ammina classificherebbe questo liposoma come un cationicliposoma (Figura 1) mostra un liposoma cationico e spiega l'interazione tra molecole cariche positive e negative. I liposomi cationici hanno una carica esterna positiva all'interno di un pH biologico convenzionale (Kuo e Tsao, 2017). L'obiettivo della correzione nel liposoma basato su geni è di raggiungere efficacemente una soglia terapeutica senza una riduzione dell'agente attivo attraverso una rapida clearance. L'idea è quella di aggiungere ligandi che possono colpire il tessuto colpito all'interno del livello cellulare senza sacrificare il beneficio del trattamento di un liposoma cationico (Kuoand Tsao, 2017).

Somministrazione di farmaci a base di liposomi nel trattamento dell'AD

Vari sistemi di somministrazione di farmaci basati su liposomi sono studiati come potenziale trattamento per l'AD (Tabella 2). La ricerca sui liposomi multifunzionali e modificati che aiutano nel trasporto di farmaci attraverso la BBB insieme a prendere di mira la patologia di AD sta fiorendo. Di seguito sono descritti alcuni della formulazione liposomiale e liposomi multifunzionali per il potenziale trattamento dell'AD.

Il danno ossidativo è un segno distintivo di malattie neurogenerative, incluso il morbo di Alzheimer, le prove suggeriscono che l'antiossidante può proteggere dalla tossicità dell'amiloide beta. La curcumina è un estratto dal rizoma della radice di curcuma e viene utilizzata come integratore nutrizionale. Farmacologicamente la curcumina ha mostrato proprietà antibatteriche, antitumorali, antimicotiche, antinfiammatorie e anti-Alzheimer grazie alle sue proprietà antiossidanti. (Morgan, 2011; Davtyan et al., 2014; Qi et al., 2017 ; Chenet al., 2020). Tuttavia, a causa della bassa solubilità, dell'instabilità nel sistema circolatorio e del rapido metabolismo, la curcumina ha una disponibilità terapeutica limitata assunta direttamente nella somministrazione sistemica (Morgan, 2011; Davtyan et al., 2014). Si pensava che la solubilità fosse migliorata facendola nanotrasportare. Gli studi suggeriscono che il caricamento della curcumina nell'aliposoma aumenta la stabilità e improvvisa la solubilità della curcumina (Davtyan et al., 2014; Qi et al., 2017). La curcumina prende di mira A e riduce la formazione di placca amiloide riducendo così la tossicità associata all'amiloide. Mortas et. (2011) hanno sviluppato liposomi decorati con curcumina. Il derivato della curcumina ha mostrato un'elevata affinità per le fibrille A 42, riducendo così l'aggregazione A e la formazione di placca amiloide. Un altro studio condotto dallo stesso gruppo per creare liposomi multifunzionali di dimensioni nanometriche per colpire l'amiloide. I liposomi PEG-curcumina ulteriormente decorati con anticorpi anti-transferrina per mediare il trasporto della curcumina attraverso la barriera ematoencefalica hanno dimostrato una riduzione del deposito e della formazione di A nell'ippocampo di topi APP/PS1 (Mourtas et al., 2011, 2014)

Uno studio sui liposomi multifunzionali ha coinvolto liposomi caricati con mAPO e acido fosfatidico (PA). La PA mostra una maggiore affinità verso il legame di A mentre la mAPO migliora l'attraversamento della barriera ematoencefalica. Questo liposoma caricato con mAPO-PA a doppia funzione ha portato alla disaggregazione delle fibrille A in vitro. L'effetto sinergico di entrambi mAPO e PA è stato maggiore di entrambi (Balducci et al., 2014). Il liposoma caricato con apolipoproteina E2 ha dimostrato di avere benefici terapeutici nell'AD attraverso l'adattamento genico. L'apoE2 caricato sul tessuto cerebrale bersaglio ha mostrato benefici del trattamento nell'AD. Il modello utilizzato era in vitro utilizzando cervelli AD di topi ai quali venivano somministrati geni terapeutici di avvolgimento di liposomi sistemici (Szoka e Papahadjopoulos, 1980; dos Santos Rodrigues et al., 2019). I risultati dell'iniezione endovenosa con liposoma modificato in superficie (transferrina-penetratina) sono stati efficaci nel somministrare l'agente terapeutico oltre il BBB (Davtyan et al., 2014; Qi et al.,2017). I cervelli dei topi avevano livelli aumentati di ApoE mostrando un potenziale trattamento per l'AD (dos Santos Rodrigues et al., 2019).

I liposomi intranasali caricati con peptide H102 sono studiati come una potenziale opzione di trattamento per l'AD. Uno studio che includeva il sistema di somministrazione di farmaci a nanoparticelle con il peptide breaker-sheet H102 ha dimostrato che la coniugazione di H102 ai liposomi ha una doppia funzione di bersagliare la barriera ematoencefalica e anche di bersagliare A 42. Lo studio ha indicato l'effetto neuroprotettivo dei liposomi caricati con H102. L'apprendimento spaziale e la memoria nel modello murino di AD sono stati migliorati nei liposomi caricati con H102 rispetto al gruppo di controllo. I liposomi caricati con H102 sembrano essere un candidato promettente per la somministrazione mirata di farmaci al cervello per le lesioni AD (Davtyan et al., 2014; Zheng et al., 2015).

La rivastigmina è l'unico trattamento approvato dalla FDA per l'AD. Tuttavia, il problema associato alla somministrazione orale di rivastigmina ha scarsa stabilità e scarsa permeabilità per bypassare il BBB che limita il livello di efficacia del farmaco. Per superare questo problema, vengono studiati metodi alternativi di somministrazione nasale per il liposoma caricato con rivastigmina. Per mantenere la stabilità, ai liposomi viene aggiunto un induttore carico positivo DDAB (Didecyldimethyl ammoniumbromide), che aiuta nella repulsione elettrostatica e diminuisce l'interazione tra i liposomi. Un'ulteriore aggiunta di PEG porta alla formazione di ESS altamente stabili. Questa modifica ha aumentato il livello plasmatico e cerebrale dei farmaci rispetto alla rivastigmina stessa (steltliposoma elettrosterico) (Malekpour-Galogahi et al., 2017; Kong et al.,2020). Sono in corso studi per verificare se i liposomi caricati con rivastigmina sono stati in grado di raggiungere il cervello senza metabolizzazione che può portare a un rallentamento della progressione della malattia (Mutlu et al., 2011; Malekpour-Galogahi et al., 2017; Nageeb El-Helaly et al., 2017 ).

I nanospazzatori sono piccole particelle composte da nucleo di chitosano con sequenze di targeting A pegilato e Beclin-1 (induttore di autofagia). Questi nano-spazzatori catturano l'A extracellulare e ne stimolano l'assorbimento nelle cellule e aumentano anche la digestione e l'autofagia di A . Uno studio che ha indagato su questi topi transgenici APPswe/PS1dE9 nano sweeperin mostra che la degradazione di A sia insolubile che solubile ha ridotto la tossicità di A e ha anche aumentato la sopravvivenza delle cellule neuronali. Il processo è stato definito come il cervello dei topi spazzato; si è scoperto che questi topi hanno meno problemi di memoria (Luo et al., 2018).

In uno studio recente, è stato utilizzato un liposoma con un legame del germe di grano per migliorare la sopravvivenza neuronale nell'AD. Il liposoma è incorporato con curcumina e un fattore di crescita nervoso la superficie viene quindi modificata con agglutina di germe di grano. I liposomi multifunzionali regolano la fosforilazione di due importanti chinasi nella via MAPK (Mitogenactivateprotein chinasi) che sono importanti per la sopravvivenza neuronale e l'apoptosi. In questi liposomi multifunzionali, la curcumina inibisce l'aggregazione di A e altera anche l'attività delle chinasi coinvolte nella via dell'apoptosi. L'NGF attiva il recettore della tirosina chinasi A che svolge un ruolo importante nella sopravvivenza neuronale. L'agglutinazione del germe di grano e la PEGilazione aiutano a migliorare la somministrazione di farmaci attraverso BBB (Kuo e Lin, 2015; Kuo et al., 2017).

Uno studio sul liposoma caricato con quercetina tramite un modello inanimale di AD ha mostrato che il liposoma caricato con quercetina diminuiva la degenerazione dei neuroni colinergici. Il possibile meccanismo di neuroprotezione dei liposomi carichi di quercetina era in una certa misura attraverso la riduzione dello stress ossidativo, come dimostrato dall'aumento della superossido dismutasi (Phachonpai et al., 2010).

Coarce et al. (2014) hanno sviluppato liposomi multifunzionali per la somministrazione di un farmaco anti-Alzheimer tacrina cloridrato per la somministrazione per via nasale. La formulazione di questi liposomi era costituita da fosfatidilcolina e colesterolo che erano integrati con -tocoferolo e/o acidi grassi Omega3. Questa metodologia ha comportato un aumento della permeazione della tacrina attraverso la mucosa nasale insieme a un potenziamento dell'effetto neuroprotettivo a causa della presenza di acidi grassi con -tocoferolo e Omega3 (Corace et al., 2014).

Molte formulazioni liposomiche sono in sperimentazione clinica negli Stati Uniti per il trattamento del cancro, infezioni fungine, sindrome da immunodeficienza acquisita del sarcomain di Kaposi. Sfortunatamente, la formulazione liposomiale per la somministrazione di farmaci specifici per il cervello nella pratica clinica è limitata (Pattni et al., 2015; Bulbake et al., 2017). Pochi farmaci per la somministrazione di farmaci al cervello sono elencati nella Tabella 3.

Futuro e prospettive della somministrazione di farmaci a base di liposomi nella malattia di Alzheimer

L'AD è uno dei principali responsabili della demenza diagnosticata in tutto il mondo. La terapia neurodegenerativa presenta una variazione di avvertenze a causa della sua difficoltà sia nella diagnosi che nel trattamento. La barriera fisiologica, BBB ha limitato l'uso di trattamenti orali praticabili a causa della sua struttura impermeabile. I pazienti con AD vengono tipicamente diagnosticati in base alla perdita della funzione cognitiva, al linguaggio alterato, all'incapacità di razionalizzare e al deterioramento comportamentale. L'AD influisce anche sulla qualità della vita del paziente. C'è un peggioramento della qualità della vita non solo per il paziente, ma anche per il care giver che porta alla fatica associata all'assistenza al paziente. Dal punto di vista terapeutico sono disponibili poche opzioni approvate dalla FDA nella gestione sintomatica dell'AD. La rivastigmina, l'inibitore della colinesterasi, è il gold standard per il trattamento dell'AD. I farmaci attualmente disponibili aiutano nella gestione dei sintomi, tuttavia non ritardano la progressione della malattia. I progressi nella nanotecnologia hanno portato alla ricerca che consente la somministrazione mirata di farmaci in una regione specifica. La somministrazione di farmaci liposomiale come vescicola diagnostica e terapeutica ha un potenziale per il trattamento dei disturbi neurodegenerativi. L'evoluzione della tecnologia caricata con farmaci liposomiali migliora la distribuzione biologica degli agenti, riduce l'assorbimento reticoloendoteliale da parte dei macrofagi e diminuisce il farmaco libero, riducendo quindi la tossicità sistemica. Le variazioni dei liposomi attraverso le modifiche consentono un targeting specifico per raggiungere il cervello superando il BBB. Gli alliposomi multifunzionali hanno il potenziale per colpire più di una patologia delle malattie neurodegenerative e quindi rallentare la progressione della malattia.

I liposomi presentano molti vantaggi come l'elevata capacità di carico, la fusione facilitata con le cellule (fusogenicità), la capacità di carico di farmaci idrofili e idrofobici e il rilascio intracellulare di farmaci tramite fusione. I liposomi caricati possono aumentare l'efficacia, la stabilità, il rilascio controllato, l'azione mirata e l'indice terapeutico di un farmaco. Tuttavia, ci sono alcuni svantaggi dei liposomi come il costo elevato, la perdita e la fusione dell'agente avvolto, la bassa solubilità e la breve emivita. I liposomi hanno uno standard di conservazione molto strategico. La stabilità dei liposomi è messa in discussione se immagazzinata in modo improprio a causa della temperatura, della luce e persino della suscettibilità al movimento agitativo. La somministrazione di farmaci a base di liposomi richiede tuttavia ulteriori studi per comprendere meglio la via di somministrazione più efficace e sicura. La concentrazione del dosaggio deve ancora essere determinata in molti degli usi dei liposomi come sistema di somministrazione di farmaci. I liposomi promuovono l'accumulo di farmaci, è necessario garantire che il tasso di clearance sia terapeuticamente rilevante e non tossico.

Ci si aspetta che futuri sforzi di ricerca implementino l'ingrandimento dei vantaggi che i liposomi hanno da offrire; variazione delle dimensioni, grande capacità di trasporto di carichi, capacità di offrire un rilascio prolungato dell'agente, aumento dell'efficacia, miglioramento dell'indice terapeutico, miglioramento della stabilità dell'agente, targeting passivo selettivo e riduzione della tossicità dell'agente trasportato. Una variazione nella composizione del liposoma, l'uniformità deve essere osservata da lotto a lotto. La preoccupazione per la mancanza di uniformità nella produzione di liposomi di processo in quantità considerevoli porta a un aumento dei costi di produzione di liposomi. La ricerca futura in questa direzione porterà a un costo accessibile del sistema di somministrazione di farmaci a base di liposomi. L'assorbimento dei liposomi da parte del sistema reticoloendoteliale necessita ancora di ulteriori sviluppi di ricerca. La via di somministrazione dei liposomi è variabile; sebbene la maggior parte degli studi recenti si concentrino sui liposomi come inoculazioni o via intranasale di somministrazione di farmaci, la ricerca sulla via sicura della somministrazione di farmaci è giustificata.

Sebbene i liposomi presentino molte sfide, la somministrazione di farmaci ancora a base di liposomi per il trattamento dell'AD mostra un'opzione terapeutica promettente e potenziale per rallentare la progressione della patogenesi dell'AD. La variazione nei liposomi e la modifica consentono un targeting specifico per attraversare la barriera ematoencefalica e raggiungere l'area bersaglio nel cervello. Ci si aspetta che la ricerca futura sia nella direzione dello sviluppo di liposomi multifunzionali che possono colpire più di un aspetto della patologia cerebrale. Inoltre, sono necessarie ulteriori strategie e ricerche per la somministrazione sicura del sistema di somministrazione di farmaci liposomiali.

Cistanche cura il morbo di Alzheimer.