پلی (لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید) ( Poly lactic-co-glycolic acid=PLGA)یکی ازتوسعه یافته ترین پلیمرهای زیست تخریب پذیر است و به خاطر خواص جذابش به طورگسترده‌ای در اهداف دارورسانی مورداستفاده قرار می گیرد. دلایل اینکه چرا برای طراحی نانوذرات به عنوان سیستم های دارورسان در زمینه های مختلف بیوپزشکی مثل واکسیناسیون، التهاب و سایر بیماریها از PLGA استفاده شده، را در این مقاله خواهیم خواند.
١- مقدمه
پلی لاکتیک-کو-گلیکولیک اسید (PLGA)،یکی از موفق ترین پلیمرهایمورد استفاده در دارورسانی است چون هیدرولیز آن منجر به تولید مونومرهای متابولیتی لاکتیک اسید و گلیکولیک اسید می شود (شکل ١). چون این دو مونومر اندوژن بوده و به راحتی توسط بدن و از طریق چرخه کربس متابولیزه می شوند، بنابراین با استفاده از PLGA کمترین سمیت سیستماتیک در کاربردهای دارورسانی یا بیوپزشکی ایجاد می شود. PLGA برای استفاده در سیستم های مختلف دارورسانی در انسان، دارای تاییدیه از FDA (سازمان غذا و داروی آمریکا) و آژانس پزشکی اروپا(EuropeanMedicine Agency =EMA) می باشد. این پلیمرها به صورت تجاری با جرم مولکولی و ترکیبات کوپلیمری مختلف موجود هستند و زمانتخریب آنها برحسب جرم مولکولی و کوپلیمریزاسیون، می تواند بین چندین ماه تا چندین سال به طول بیانجامد.
فرمولاسیون نانودارو به انتخاب سیستم پلیمری مناسب با بیشترین امکان کپسولاسیون (بازده بالای کپسولاسیون)، ارتقاء زیست دسترس پذیری و زمان نگهداری، بستگی دارد. قابلیت هدفگیری نانودارو با اندازه ذرات، بارسطحی، اصلاح سطح وآبگریزی، تحت تاثیرقرار می گیرد. از میان این موارد اندازه نانوذرات و توزیع آنها، برای تعیین برهمکنش آنها با غشاء سلولی و نفوذ آنها از میان موانع فیزیولوژیکی حائز اهمیت اند. برای درونی سازی سلولی نانوذرات، دانستن نوع بارسطحی برای تخمین اینکه آیا نانوذرات در جریان خون خوشه می شوند و یا که به سلول های دارای بار مخالفمتصل می شوند، مهم است. بارسطحی کاتیونی، به دلیل اینکه برهمکنش نانوذرات با سلول ها را بهبود بخشیده و موجب افزایش سرعت و وسعت درونی سازی می شود، مطلوب تر است. برای تحویل هدفمند، نانوذرات پایدار در گردش سیستماتیک در بدن، مورد نیازهستند. اما نانوذرات متداول با سطوح آبگریز به سرعت فاگوسیت شده و پاک سازی می شوند. برای افزایش مدت گردش و پایداری در خون، سطوح نانوذرات با مولکول های گوناگون اصلاح می شود. پوششی از پلیمرهای آبدوست موجب تشکیل ابری از زنجیره ها بر سطح ذره شده که پروتئین های پلاسما را دفع می کند. مکانیسم رهاسازی با وزن مولکولی پلیمرهای استفاده شده، تغییر می کند.
شکل١-هیدرولیز PLGA
2- تهیه وکپسولاسیون داروها در نانوذرات پلیمری
نانوذرات پلیمری، بر اساس نوع کاربرد و نوع داروی کپسوله شده، با روش های گوناگونی تهیه می شوند. این امرموجب ارتقاء دانش نانوداروها می شود. نانوذرات پلیمری زیست تخریب پذیربه دلیل امیدبخشی هایی که در زمینه دارورسانی دارند، به شدت بر انواع دیگر حامل ها ترجیح داده می شوند. این نانوذرات ویژگی رهاسازی کنترل شده و ممتد دارند، اندازه ای درابعاد سلولی داشته وبا بافت وسلولها، زیست سازگاری دارند. علاوه بر این نانوداروها در خون پایدارو غیر سمی بوده و ازمضراتی چون: لخته کردن خون، تحریک سیستم ایمنی، التهاب زایی و فعال کردن نوتروفیلها عاری هستند.این ذرات زیست تخریب پذیربوده و از سیستم رتیکولو اندوتلیال دوری میکنند و برای حمل انواع مولکولهای دارویی، پروتئینی، پپتیدی یا نوکلوئیک اسیدی، مناسب هستند.روش عمومی تهیه و کپسولاسیون نانوداروهای زیست تخریب پذیر در شکل 2، نشان داده شده است. مولکولهای دارو، هم می توانند به سطح نانوکره متصل شده یا درون نانوکپسول، قرارگیرند.
شکل 2- نوع نانو ذرات زیست تخریب پذیر: نانوکپسول و نانوکره (اسفیر) مولکول های دارو هم می توانند در داخل نانو ذره به تله بیافتند هم بر سطح آن جذب شوند.
3- اصلاح سطح
چندین روش اصلاح سطح برای تولید نانوذرات غیر قابل تشخیص توسط سیستم رتیکواندوتلیال (RES)، وجود دارد. نانوذرات می توانند با مولکول هایی پوشیده شوندکه با ایجاد لایه‌ای آبدوست در سطح، موجب پنهان شدن سطوح آبگریزشود. گونه بسیار رایج برای اصلاح سطح، پلیمرآبدوست و غیر یونی پلی اتیلن گلیکول (PEG)است(شکل٣). پگیله کردن(PEGylation)نیمه عمرگردش خون نانوذرات را تا چندین برابر افزایش می دهد. علاوه براین PEGزیست سازگاری خوبی دارد. انواع دیگر پلیمرها مثل پولاکسامر، پولاکسامین یا کیتوزان برای اصلاح سطح بررسی شدند که این گروه ها از برهمکنش های آبگریز و الکتروستاتیک ممانعت به عمل می آورند. علاوه بر این، مولکول های پلی کلونال ایمونوگلوبولین Gیا (lgG) به عنوان پوشش نانوذرات PLGA مورد استفاده قرارگرفتند که موجب افزایش پاسخ ایمنی نانوذرات شدند. برای پرهیز از جذب شدن توسط سیستم فاگوسیتوز تک هسته ای(mononuclear phagocytic system, MPS) نانوذرات پوشیده شده با کربوهیدرات، گزارش شده اند.
شکل ٣- پگیله کردن نانو ذرات
شکل ٤- نانو ذرات هدف دار
از دیگر کاربردهای اصلاح سطح، هدف قرار دادن تومورها یااندامها است تا اتصال گزینشی سلولی و ورود از طریق گیرنده های آندوسیتوز را افزایش دهد. اغلب لیگاندهای هدف از طریق اتصالات زنجیره های PEGبه سطح نانو ذرات پیوند می خورند(شکل٤). لازم است که لیگاندها به طور مناسبی به نانو ذرات متصل شوند تا بتوانند تمایل خود را برای اتصال به گیرنده ها حفظ کنند. همانقدر که پوشش مناسبی از PEG برای اجتناب از تشخیص توسط RES لازم است، لیگاندها هم می‌بایست دور از سطوح نانو ذرات قرارگیرند تا بوسیله زنجیره های PEG پوشیده نشوند. همچنین بارهای سطحی نانو ذرات تاثیر مهمی برجذب و برهمکنش آنها با سلول ها دارد.نانو ذرات با بارهای مثبت به دلیل برهمکنش های موجود بین ذرات باردار مثبت و غشاءهای سلولی با بار منفی، مقدار ورود بیشتری را نشان می دهند. علاوه بر این به نظر می‌رسد کهنانو ذرات با بارهای مثبت بعد از ورود وساکن شدن در نزدیکی هسته مجبور به فرار از لیپوزوم ها هستند در حالی که نانو ذرات خنثی یا با بارمنفی به لیپوزوم ها وارد می شوند. نانوذرات PLGA دارای بار منفی هستند و می توانند با اصلاح سطح به بارهای خنثی یا مثبت تغییر کنند.
4- نحوه ورود به بدن نانوذرات PLGA به تدریج از طریق فاز سیال پینوسیتوزو همچنین از طریق آندوسیتوز به واسطه کلاترین وارد سلول می شوند.نانوذرات PLGA به سرعت از لیزوزوم های درونی گریخته و در مدت زمان نهفتگی ١٠دقیقه ای وارد سیتوپلاسم می شوند (شکل 5). برهمکنش های تسهیل شده نانوذرات با غشاء های وزیکولی، به طورموضعی و موقت منجر به از بین رفتن پایداری غشاء شده و زمینه فرار نانوذرات به درون سیتوزول را فراهم می‌کند. بدن، ذرات آبگریز را به عنوان اجزای خارجی می‌شناسد. سیستم رتیکولو-اندوتلیال (RES) آنها را از جریان خون حذف کرده و به کبد می برد که یکی از مهمترین موانع بیولوژیکی برای دارورسانی کنترل شده پایه نانوذرات محسوب می شود. اتصال پروتئین های اوپسونین موجود در سرم خون به نانوذرات تزریق شده، منجر به اتصال ذرات اوپسنی به ماکروفاژها شده و تدریجا منجر به درونی کردن آنها توسط فاگوسیتوزیز می شود.آقای لوتسیاک و همکارانشان به تازگی نشان داده اند که جذب نانوذراتPLGAتوسط سلولهای دندریتیکی انسانی صورت می پذیرد. نانوذرات PLGA ای که حاوی نشانگر تترامتیل رودامین- دکستران هستند و با روش تبخیر حلال تولید می شوند؛ بر روی سلول های دندریتیکی و ماکروفاژهایی که ازلوکوسیت های فرعی خون بدست آمده اند،آزمایش شد. بررسی سلول ها توسط میکروسکوپ کانفوکال مشخص کرد که بعد از ۲۴ ساعت نانوسفرها همانند ماکروفاژها و به اندازه مساوی در مدل های مختلف سلولبه درون سلولهای دندریتیکی وارد شدند.
شکل5- نمایی از نانوذرات وارد شده به سلول
5- چالشهای نانوذرات PLGA نانوذرات باید توان کپسوله کردن بالا (میزان درصد داروی بارگیری شده به مقدارکل داروهای استفاده شده برای فرمولاسیون) و توان زیادی در بارگیری دارو(میزان درصد داروی بارگیری شده نسبت بهمقدارکلنانوذرات) داشته باشند. تخمین دقیق ظرفیت دارو آسان نیست چون نانوذرات سیستمی کلوئیدی دارند. بنابراین بیشترین روش مطرح شده برای جداسازی نانوذرات از داروهای کپسوله نشده یا جذب نشده، اولتراسانتریفیوژاست. بازده کپسوله کردن داروها از ٦% تا ٩٠% برای دگزامتازون و پاکلیتاکسل متغیر است.
از چالش های عمده نانوذرات پایه PLGA، بارگیری ضعیف آنها است. بنابراین وقتی اغلب راندمان کپسوله شدن آنها بالا است، بارگیری دارو عموما پایین است(در حدود%١، یعنی نانوذرات حاوی ١ میلی گرم از جزء ترکیبی فعال در ١٠٠ میلی گرم نانوذرات پلیمری هستند). بارگیری ضعیف مشکلاتی را برای برخی از داروها در طرح هاینانوذرات پایه PLGA ایجاد می‌کند. چالش مهم دیگر، رهاسازی انفجاری دارو است که برای اغلب نانوذرات پایه PLGA مطرح می شود. لذا احتمال نرسیدن دارو به بافت یا سلول های هدف وجود دارد که باعث کاهش راندمان می شود.
1-6- کپسوله کردن پروتئین ها کپسوله کردن پروتئین های درمانی در نانوذرات PLGA گزینه امیدبخشی برای غلبه بر مشکلاتی است که با تزریق دهانی پروتئین ها ایجاد می‌شود. متصل کردن پروتئین ها به ماتریکس پلیمری، سدی در مقابل تخریب آنزیمی و هیدرولیتیکی در محیط بدن است. ازسوی دیگر احتمال زیست سازگاری و در برخی حالات حمل پروتئین به ناحیه هدف، بهبود بخشیده می شود(شکل6).
2-6- کپسولاسیون هورمون ها در نانوذرات PLGA استروئید یکی از قدرتمندترین استروژن طبیعی است و عمدتا برای علائم پس از یائسگی، به عنوان بخشی از هورمون درمانی، به تنهایی یا با هورمون دیگری به نام پروجستین تجویز می شود. همچنین دیده شده که جذب استروئید خطر ابتلا به بیماری آلزایمر را به واسطه ارتقاء رشد و بقای نورون های کولینرژیک (cholinergic) وته نشینی آمیلوئید مغزی، کاهش می دهد و بر ساختار اندامی همچون استخوان هم تاثیرگذار است. ازنانوذرات PLGA، برای کپسوله کردن استروئید استفاده می شود. تغییر در وزن مولکولی وترکیب کوپلیمری PLGA در شرایط آزمایشگاهی و بدنی ، رهاسازی متغییری دارد. در شرایط آزمایشگاهی، رهاسازی دارو با افزایش وزن مولکولی و محتوای لاکتیدی PLGA، کاهش می یابد. بنابراین استروئید بارگیری شده با نانوذرات PLGA می تواند موجب بهبود زیست دسترس پذیری دهانی و کاهش میزان دوزهای مصرفی شود و در پی آن کاهش اثرات جانبی و افزایش رضایت بیمار حاصل می شود.
3-6- کپسولاسیون داروی دگزامتازون با نانوذرات PLGA اغلب دگزامتازون در مورد مننژیت باکتریایی، قبل از آنتی بیوتیک تجویز می شود. این دارو پاسخ التهابی بدن به باکتری، با تحریک آنتی بیوتیک ها را کاهش داده و بازده را بهبود می بخشد. دگزامتازون موجب جلوگیری از نفوذ لوکوسیت ها به ناحیه عفونی می شود. دگزامتازون، کورتکوئیدی کم محلول و کریستالی است که برای معالجه ورم ماکولار دیابتی، به صورت ایمپلنت استفاده می شود. دگزامتازون با روش تبخیر حلال بر نانوذرات PLGA قرار می گیرد. بیشترین بارگیری با مقدارmg ١٠٠ در مخلوط استون- دی کلرو متان بانسبت حجمی (١:١) و mg ١٠ دگزامتازون، بدست آمد. در شرایط آزمایشگاهو بعد از ۴ ساعت نهفتگی در دمای٣۷ درجه سانتی گراد، دارو به صورت کامل از این فرمولاسیون، رها می شود.
4-6- کپسولاسیون داروی دیابت(انسولین) در نانوذرات PLGA چهار تزریق زیرپوستی انسولین در روز لازم است تا سطح گلوکز سرم در سطح معمولی، قرار بگیرد. فرمولاسیون ویژه ۶/١ % زینک انسولین در PLGA با افزودنی های الیگومر فوماریک انیدرید و اکسید آهن، برای تجویز دهانی موثر یافته شد. بازده این فرمولاسیون درتحویل درون روده ای زینک انسولین ۴/١١ % است و وقتی که با تجمع همزمان گلوکز مواجه شود، قادر به کنترل سطح گلوکز پلاسما است. انسولین بارگیری شده با PLGA استفاده می شود تا استحکام انسولین را در حین فرمولاسیون و تحویل، حفظ کند. هنگامی که نانوذرات با تکنیک تبخیر حلال تهیه شدند، بالاترین بازده کپسولاسیون، ۷٥ % مشاهده می شود.
5-6- کپسولاسیون داروی اعصاب و روان(هالوپریدول) در نانوذرات PLGA هالوپریدول دارویی علیه بیماری های روان است که برای معالجه اسکیزوفرنی و در حالت های روانی حاد، استفاده می شود. هالوپریدول فعالیت قوی ای علیه توهم وتصور دارد که عمدتا به خاطر انسداد گیرنده دوپامین در مزوکرتکس و سیستم لیمبیک مغز است. از PLGA برای کپسوله و رهاسازی کنترل شده هالوپریدول استفاده می شود. گروههای انتهایی PLGAتاثیر عظیمی بر راندمان تشکیل هالوپریدول و آزادسازی آن از نانوذرات PLGA دارند. میزان راندمان الحاق دارو به نانوذراتPLGA (پوشیده شده)با گروههای انتهایی هیدروکسیلی، بیشتر از ٣٠% است در حالی که همین میزان برای نانوذرات PLGAبا گروههایانتهایی متیلی در حدود ١٠% است. الحاق هالوپریدول به PLGAبا گروههای انتهایی –COOH (پوشیده نشده)، سه برابر بیشتر از PLGA پوشیده شده، می باشد. PLGA های پوشیده نشده رهاسازی اولیه انفجاری کمتر و دوره طولانی تری از رهاسازی هالوپریدول در مقایسه با PLGA پوشیده شده دارند.
6-6- کپسولاسیون داروهای مختلف ضدسرطان با نانوذرات PLGA PLGA دارای تاییدیه درمانی برای استفاده برای انسان از FDA است وبسیاری از داروهای ضدسرطان در درون PLGAقرارگرفته اند. این نانوذرات بارگیری شده، داروهای با انحلال پذیری ضعیف و ناپایدار را از محیط بیولوژیکی محافظت می کنند و آنقدر کوچک اند که می توانند در مویرگها نفوذ کرده، در سلول ها وارد شده و از آندوزوم فرار کنند. علاوه براین سطح آنها برای تحویل هدفمند مولکول ها به تومور یا سایر بافت ها قابلیت اصلاح دارد (شکل 6). PLGA های با اندازه منافذ بزرگتر دارای کاربری چندگانه بوده و برای تصویربرداری و آشکارسازی مورد استفاده قرار میگیرند. از نانوذرات PLGA برای کپسوله کردن داروهای مربوط به سرطان مثل پاکلی تاکسل، دکسوروبیسین، ٥- فلئورواوراسیل، ٩-نیتروکامپتوتسین، سیس پلاتین، تریپترولین، دگزامتازون و زانتون با موفقیت انجام شده است.
شکل6- شمایی از پلیمر حاوی لیگاندهای هدفمند بارگیری شده با دارو
7- واکسیناسیون با نانوذات پایه PLGA
تحویل نانوسیستمی قادر به افزایش جذب آنتی ژن ها یا محرک ها توسط سلول های ارائه کننده آنتی ژن(Antigen Presenting Cells , APCs)می باشد و عکس العملهای ایمنی بهتری نسبت به همتاهای محلول خود دارد.
آنتی ژن های زیادی به عنوان پروتئین ها، پپتیدها، لیپوپپتیدها، ویروس ها یا DNA پلاسمید در نانوذات PLGAبا موفقیت فرموله شده اند. رهاسازی طولانی مدت آنتی ژن ها در واکسیناسیون، پاسخ های ایمنی بسیار موثری تولید می‌کند. نانوذات PLGAمی توانند در شرایط آزمایشگاه به طور پیوسته آنتی ژن های گیرافتاده را در مدت زمان طولانی رهاکنند.نانوذاتPLGA به عنوان سیستم های تحویلی می توانند، آنتی ژن، ترکیبی از آنتی ژن های مختلف و یا مهمتر از سایرین، ترکیب آنتی ژن ها وموادکمکی را در ذره یکسان، کپسوله کنند. گفته می شود که بایستیآنتی ژن ها و موادکمکی درذره یکسان و با هم تحویل داده شوند تا به طور همزمان به سلول یکسان وارد شوند. علاوه بر آن نانوذاتPLGA حاوی دوز های بسیار کم آنتی ژن و موادکمکی، منجر به تولید پاسخهای قوی سلول هایT می شوند. مصرف پایین دوزهای این مولکول ها نه تنها در کاهش دادن اثرات جانبی تولید شده توسطموادکمکی موثر است بلکه از دیدگاه اقتصادی هم حائز سودمندی هایی هستند و چندین آنتی ژن و موادکمکی می توانند به طور موفقیت آمیزی در درون نانوذاتPLGAکپسوله شوند.
8- بحث و نتیجه گیری
نانوذات PLGAحائز منافع زیادی در دارورسانی هستند. این نانوذات می توانند دارو ها را از تخریب محافظت کرده و پایداری آنها را زیاد کنند. در این مقاله به معرفی PLGA پرداخته و نحوه ورود به بدنPLGA ، چالش های موجود و شیوه های حمل مولکولهای زیستی مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
