کیتوزان بدلیل ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی بی نظیراش، انگیزه های بسیاری را برای توسعه سالم و موثر سیستم دارورسانی برانگیخته است. گروههای هیدروکسیل وآمین نوع اول واقع شده بر بدنه کیتوزان، اجازه اصلاح شیمیایی برای کنترل خواص فیزیکی را می دهد. وقتی که جزء آبگریز با مولکول کیتوزان مزدوج شود، ترکیب دوگانه دوست ایجادشده ممکن است نانوذرات خودتجمع تشکیل دهد که قادر به کپسوله کردن دارو وتحویل آن به ناحیه هدف، است. اتصال شیمیایی دارو به کیتوزان از طریق گروههای عاملی می تواند پیش داروهای سودمندی تولید کند. براساس آنچه که در ادامه خواهیم خواند از این پلیمر طبیعی درتحویل داروهای مختلف استفاده می شود.
1- مقدمه
کشف و توسعه یک داروی جدید شامل مراحلی با چالش های عظیم، پرزحمت و پرهزینه است. مراحل توسعه هر داروی جدید به طور متوسط ۱۵ سال با قیمت تخمینی حدودا 802 میلیون دلار آمریکاست و این قیمت با سرعت سالیانه 4.7 % بیش از ارزش تورم عمومی، افزایش می یابد. بیشتر داروها در فاز کلینیکی بدلیل نداشتن توانایی دستیابی به ناحیه عمل هدف، رد می شوند. مقدار عمده ای از داروهای استفاده شده در بافتها و اندامهای نرمال تخریب می شوند که اغلب منجر به اثرات جانبی شدیدی می شود. دستاورد موثر برای غلبه بر این مشکلات توسعه سیستمهای دارورسان هدفمند است که داروها یا عاملهای زیست فعال را در ناحیه عمل مدنظر، آزاد می کنند. این امر می تواند اطمینان بیمار و بازده درمانی عاملهای درمانی را از طریق بهبود فارماکوسنتیک و توزیع زیستی، افزایش دهد. ایده توسعه دارویی که به طور گزینشی به سلولهای بیمار آسیب رساند بدون اینکه آسیبی به سلولهای سالم وارد کند، در تقریبا یک قرن پیش و توسطPaul Ehrlich پیشنهاد شد. او داروی فرضی اش را " گلوله جادویی" نامید. بنابراین در طی چندین دهه گذشته بسیاری از محققان توجه خود را به توسعه داروهای ایده ال که به طور اختصاصی ناحیه عمل را هدف قراردهند، معطوف کردند. سیستم دارورسان هدفمند شامل سه جزء است: عامل درمانی، جزء هدفدار و سیستم حامل. گستره عظیمی از مواد مثل پلیمرهای طبیعی یا ساخته شده، لیپیدها، سورفاکتانتها و دندریمرها به عنوان حامل به کارگرفته شده اند. در میان آنها پلی ساکاریدها بدلیل ویژگیهای فیزیکی و بیولوژیکی برجسته شان، مورد توجه گسترده ای قرارگرفته اند. کیتوزان یک آمینو پلی ساکارید خطی ترکیبی از رابطهای به طورتصادفی پراکنده شده (۴→۱) واحدهای D-گلوکزآمین و N-استیل-D-گلوکزآمین است. کیتوزان توسط داستیلاسیون کیتین ( پلی ساکارید طبیعی و فراوان موجود در اسکلت خارجی سخت پوستانی همچون خرچنگ و میگو)، تهیه می شود. این پلی ساکارید کاتیونی به دلیل دسترس پذیری فراوان، چسبندگی بی نظیر، خواص دارویی مناسب و دیگرخواص سودمند بیولوژیکی مثل زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، عدم سمیت و تحریک کم سیستم ایمنی، در موارد بیوپزشکی و داروی مورد توجه گسترده قرارگرفته است. خواص فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی کیتوزان به شدت توسط وزن مولکولی و درجه داستیلاسیون، تحت تاثیر قرار می گیرد. حضور گروههای عاملی واکنش پذیر در کیتوزان فرصتهای عظیمی برای اصلاح شیمیایی ایجاد می کند که طیف گسترده ای از مشتقات را نظیر N,N,N- تری متیل کیتوزان، کربوکسی الکیل کیتوزان، کیتوزان گوگرد دارشده،کیتوزانهای تعدبل کننده اسید صفرا و کیتوزانهای با رابطهای سیکلودکسترین را در بر می گیرد. این مشتقات کیتوزان برای بهبود خواص ویژه کیتوزانهای طبیعی طراحی شده اند. برای مثال، گوگرددارکردن کیتوزان به طورقابل توجهی ویژگیهای چسبندگی مخاطی آن را به دلیل تشکیل پیوندهای دی سولفیدی با گلیکوپروتئینهای مخاطی غنی از سیستئین، بهبود می بخشد. اصلاح شیمیایی کیتوزان آبدوستی آنها را آشکار می کند که خصلت مهمی برای تشکیل نانوذرات خود تجمع است و به طور ذاتی برای کاربردهای دارورسانی مناسب است. حفره های آبگریز می توانند به عنوان انبار یا میکرو محفظه برای مواد زیست فعال گوناگون عمل کنند. نانوذرات به دلیل ابعاد کوچکشان می توانند از طریق تزریق های درون وریدی برای دارورسانی هدفمند بکارگرفته شوند. اتصال اجزاء هدفدار به سطح نانوذرات بارگیری شده با دارو، می تواند بازده درمانی دارو را بهبود بخشد (شکل ۱). کیتوزان به فراوانی به عنوان سیستم دارو رسان برای داروهای با وزن مولکولی کم، پپتیدها یا ژن، مورد استفاده قرارگرفته است[۱].
2-روشهای ساخت نانوذرات کیتوزان
حداقل چهار روش برای تهیه نانوذرات کیتوزان وجود دارد: ژله ای شدنIONOTROPIC ، میکروامولسیون، نفوذ حلال امولسیفه و کمپلکس پلی الکترولیت. ژله ای شدن IONOTROPIC براساس برهمکنش الکتروستاتیک بین گروههای آمینی کیتوزان و گروههای با بار منفی پلی آنیونی نظیر تری پلی فسفات (TPP) است. در این روش کیتوزان در اسید استیک در حضور یا غیاب عامل تثبیت کننده، حل می شود. سپس پلی آنیون اضافه می شود و نانوذرات به تدریج با همزن مکانیکی تشکیل می شوند. در روش میکروامولسیون، یک سورفاکتانت در حلالی آلی نظیر n-هگزان، حل می شود. سپس کیتوزان در محلول استیک اسید و گلوتارالدئید به مخلوط سورفاکتانت/ هگزان در شرایط همزدن پیوسته در دمای اتاق، اضافه می شود. کمپلکس پلی الکترولیت (Polyelectrolyte complex (PEC))یا پلی الکترولیت خودتجمع واژه ای برای بیان کمپلکسهای تشکیل شده توسط خودتجمعی پلیمرهای کاتیونی و DNA پلاسمید است. مکانیسم تشکیل PEC شامل خنثی سازی بار بین پلیمرکاتیونی و DNA منجر به افت آبدوستی جزء پلی الکترولیت خود تجمع می شود. در این روش نانوذرات به تدریج بعد از افزودن محلول DNA به محلول کیتوزان در استیک اسید در حین همزدن مکانیکی و یا در دمای اتاق، تشکیل می شوند[۱].
3- اصلاح سطح در کیتوزان
1-3- نانوذرات PEG دارشده کیتوزان
مهندسی سطح نانوذرات کیتوزان با PEG توجه زیادی را به دلیل پتانسیل موثر در کاربردهای درمانی، به خود جلب کرده است. PEG دار کردن نانوذرات کیتوزان می تواند خواص فیزیکی آنها را افزایش داده و دوره گردش آنها در خون را از طریق کاهش حذف آنها از سیستم رتیکلواندوتلیال، طولانی تر کند. به علاوه اصلاح کیتوزان با PEG می تواند بارمثبت سطح ذرات را کاهش دهد. نانوذرات کیتوزان PEG دارشده به عنوان حامل برای مولکولهای دارویی کوچکی نظیر پاکلی تاکسل، کامپتوتسن، متوترکسات و همه ترانس- رتینوئیک اسیدها بررسی شده است (شکل2). یافته شده که ذرات PEG دارشده کمتر از انواع فاقد PEG توسط سیستم رتیکولواندوتلیال، فاگوسیت می شوند. در جدول1 چند نوع از کیتوزان های اصلاح سطح شده معرفی شده اند [1].
4- دارورسانی با کیتوزان 1-4- کپسولاسیون داروهای ضدهورمونی(گلسیریزین)، در نانوذرات کیتوزان
گلیسیرتیک اسید (Glycyrrhetic acid, GLA) به طور غیرمستقیم با ممانعت از تولید تری فسفوپریدین نوکلئوتید یا به صورت مستقیم با ممانعت از تولید پروژسترون، از متابولیسم پروژسترون جلوگیری می کند. گلیسیرتیک اسید تاثیرات درمانی همچون، ضد التهاب، ضدتوموری و فعالیت ضد سمیت کبدی دارد. گلیسیرتیک اسید، واجد نقشی مهم در فعالیت بیولوژیکی تجویز دهانی گلایسرین است چون بعد از تجویز دهانی گلایسرین، تنها GLA در گردش خون آشکار می شود. نانوذرات کیتوزان ظرفیت بی نظیری برای همراهی با آمونیوم گلایسریزینات، دارند. اصلاح سطح با ساخت پلیمر کیتوزان همراه با آنیونهای تری فسفات و PEG، بدست می آید. این اصلاح سطح موجب کاهش بار مثبت و بازده کپسولاسیون شده و جذب به واسطه افزایش ابعاد ذره را، کاهش می دهد. بنابراین در این مورد خاص اصلاح سطح چندان موثر نیست. پروفایل رهاسازی آمونیوم گلایسریزینات از نانوذرات اثر انفجاری آشکاری دارد و یک فاز رهاسازی آهسته در ادامه آن اتفاق می افتد. نانوذره ممکن است جذب دهانی آمونیوم گلایسریزینات را بهبود بخشد[۲].
2-4- کپسولاسیون انسولین در نانوذرات کیتوزان
انسولین به طورمستقیم توسط انتروسیتها با تماس با روده کوچک و بزرگ درونی می شود و نگهداری دارو در نواحی جذبی با حاملهای چسبنده مخاطی، فاکتور همکاری محسوب می شود. اثر هیپوگلایسیمی وسطح انسولین بیشتر از انسولینی است که از محلول انسولین و مخلوط فیزیکی انسولین دهانی و نانوذرات خالی، بدست می آید. به نظر می رسد که مکانیسم جذب انسولین، ترکیبی از درونی سازی انسولین از طریق ساختار وزیکولی در انتروسیتها و جذب انسولین بارگیری شده با نانوذرات توسط سلولهای محیط کشت Peyers است[2].
3-4- کپسولاسیون داروهای چشمی (سیکلواسپورینA ) بر نانوذرات کیتوزان
توانایی سیکلواسپورینA، (cyclosporin A, Cy A) در ممانعت کردن از فعالیت سلولهای T-شکل، در معالجه بیماریهایی مثل سندروم نفروتیک، بیماری سخت Crohn، سیروز صفرایی، آپلاستیک آنمی، آرتریت روماتیسمی، مایستینی گراویس (ضعف ماهیچه ها) و درماتومیوسیتیس، است. ملاحظات بیشتر در دهه اخیر این ذهنیت را تایید می کند که سرکوب ایمنی موضعی با Cy A برای معالجه بیماریهای چشمی موثر است. علارغم شواهدی که نشان می دهد نواحی هدف سیستمهای تحویل Cy A، برای درمان بیماریهای چشمی، قرنیه و ملتحمه چشم هستند اما تا به حال بررسی ها موفقیت آمیز نبوده است. نانوذرات کیتوزان بارگیری شده با Cy A به دلیل بار مثبت می توانند از نزدیک با سطوح قرنیه و ملتحمه با بر منفی، تماس برقرارکنند و بنابراین بدون لطمه زدن به ساختارهای درونی چشم و در معرض دارو قراردادن سیستمک، تحویل به بافتهای بیرونی چشم افزایش می یابد. این امر به سطح بالای تاثیرگذاری دارو در بافتهای هدف کمک می کند[2].
شکل2- شمایی از زوج کیتوزان- دارو . ساختار شیمیایی a) زوج گلیکول کیتوزان- دکسوروبیسین. b) زوج کیتوزان- پاکلی تاکسل.
5- جذب داروهای حمل شده با کیتوزان به سلولهای سرطانی
برای داروهای ضدسرطان که مولکولها را درون سلولها مورد هدف قرار می دهند، قبل از بروز اثرات بیولوژیکی، دارو می بایست به غشاء سلولی نفوذکرده و از اندوزوم فرارکند. درمورد پاکلی تاکسل غلظت درون سلولی آن برای اثرات فارماکولوژی، حیاتی است. بنابراین تحویل کافی درون سلولی این داروها برای از بین بردن سرطان ضروری است. اخیرا زوج N-استیل هیستیدین–گلیکول کیتوزان(N-acetyl histidine conjugated glycol chitosan (NAcHis–GC))، برای تحویل موثر درون سیتوپلاسمی پاکلی تاکسل، توسعه یافت. تحت شرایط اسیدی ملایم (مشابه آنچه در اندوزومها یافت می شود)، گروه ایمیدازول از NAcHis پروتنه می شود. وقتی که نانوذرات به سلولها جذب می شوند، ممکن است موجب سرازیر شدن آب و یونها به اندوزوم شوند که موجب برهم خوردن غشاء اندوزومی می شود. درنتیجه نانوذرات واپاشیده می توانند پاکلی تاکسل کپسوله شده را درون سیتوزول آزاد کنند (شکل3)[1].
شکل3- شمایی از مدل متصور شده برای درونی سازی سلولی دارو و رهاسازی آن از نانوذرات NAcHis–GC
6- بحث و نتیجه گیری
استفاده از پلیمرهایی مانند کیتوزان برای انتقال داروها به محل های مناسب در سیستم های بیولوژیک مورد توجه زیادی است. کیتوزان در طول زمان در سیستم های بیولوژیک تخریب می شود. میزان تخریب پذیری کیتوزان با کنترل مقدار استیل زدائی آن قابل کنترل است. این ویژگی باعث می شود داروها به طور کنترل شده در بدن آزاد شود و بنابراین اثر گذاری آن را افزایش می دهد. گروه های آزاد آمین که به کیتوزان بار مثبت می دهد برای انتقال دارو ضروری است. این بارهای مثبت باعث برهمکنش با بارهای منفی داروها، پلیمرها و مولکولهای زیست فعال، می شود. نانوذرات کیتوزان به دلیل ویژگی های منحصربه فرد آن برای انتقال انواع مختلفی از داروها مانند داروهای ضد هورمونی، انسولین و داروهای ضد سرطان استفاده شده اند.
