معماری

لیپوزوم در سیستم تحویل دارو

لیپوزوم در سیستم تحویل دارو

به طور کلی هنگامی که فسفولیپیدها در آب قرارمی گیرند به طور خودبه‌خودی ساختار بسته‌ای را تشکیل می‌دهند که محیط داخلی آن آبی است و توسط دو لایه فسفولیپیدی احاطه شده است، بنابراین سیستم وزیکولی ایجاد می‌شود که لیپوزوم نام دارد. در میان سیستم‌های حامل مختلف، لیپوزوم‌ها به دلیل تطبیق پذیریشان توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌اند. لیپوزوم‌ها نه تنها داروهای لیپوفیل و هیدروفیل برای سرطان، تعدیل ایمنی، موارد تشخیص، آنتی بیوتیک‌ها و ضد قارچ‌ها، داروهای چشمی و تغییرات ژنتیکی را تحویل می‌دهند، بلکه در تحویل آنتی‌ژن و واکسن شش، مغز و داخل پوستی با مزیت هزینه پایین و پایداری بیشتر، خلوص ماده خام تحویل داده شده و سهولت ذخیره نیز می توانند استفاده شوند. وزیکول‌ها قادرند هر دو نوع ماده هیدروفیل و هیدروفوب را به طور موثر دربرگیرند و به عنوان یک وسیله غیرسمی برای تحویل داروهای غیرحل شونده استفاده گردند. هم چنین می‌توان با فرمول‌سازی و پردازش، ترکیبات، سایز، بار و لایه‌های لیپوزوم را تغییر داد. مهم‌ترین کاربردهای لیپوزوم‌ها در بیوتکنولوژی، پزشکی و فارماکولوژی است که به عنوان وسیله‌ای برای کنترل تحویل داروی به دام انداخته شده استفاده می‌شوند. تا به امروز فرمول‌سازی لیپوزوم‌ها برای تحویل داروهای ضد تومور و عوامل ضدقارچی در مقیاس وسیع تجاری شده است. از عواملی که مانع پیشرفت استفاده از لیپوزوم‌ها شده، می توان به منبع لیپید و پایداری فسفولیپیدها که برای رقیق‌سازی دارو مهمند اشاره کرد. علاوه بر این استفاده بالینی از آن محدود است که این به دلیل ویژگی‌های مانع شونده لایه خارجی پوست می‌باشد.

برای آماده سازی لیپوزوم‌ها دو مکانیسم تشکیل وجود دارد: 1) تئوری جوانه‌زنی: در این تئوری هیدراسیون فسفولیپیدها که توسط تنش القا می‌شود سبب تشکیل و سازماندهی منظم لایه‌ها شده و جوانه‌زنی دو لایه‌ی لیپیدی که باعث کاهش سایز آن می‌شود. 2) تئوری فسفولیپیدهای دولایه: لیپوزوم‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که غشاهای لیپیدی نازک یا قرص‌های لیپیدی هیدراته شوند و توده‌های دولایه‌ای کریستالی مایع جاری شده و باد کند، ورقه‌های لیپیدی هیدراته طی هم زدن جدا شده و به یکدیگر می‌چسبند تا وزیکول‌های چند لایه‌ای بزرگی را تشکیل دهند، هنگام تشکیل این ذرات برای کاهش اندازه آن‌ها نیاز به انرژی صوتی یا انرژی مکانیکی می‌باشد.

برای نسل اول لیپوزوم‌ها که لیپوزوم‌های کلاسیک نامیده می‌شدند مشکلات زیادی برای استفاده در in vivo وجود داشت. از مشکلات اولیه، نگهداری برخی از مولکول‌ها در داخل لیپوزوم بود. آزادسازی دارو با قرارگرفتن در معرض پروتئین‌های سرم صورت می‌گرفت. تغییر ساختار لیپوزوم به خصوص شرکت کلسترول در ساختار آن، دولایه‌های سیال را محکم‌تر می‌ساخت و نشتی محتویات لیپوزوم‌ها را کاهش می‌داد. هم چنین تغییر ساختار فسفولیپیدها از دولایه سیال به دولایه جامد نیز از میزان نشتی می‌کاست. استفاده از اسفنگولیپید در ساختار نیز بسیار موثر بود. مشابه غشاهای بیولوژیکی، غشاهای مدل مثل غشای لیپوزوم‌ها نسبت به داروهای هیدروفوبیک نفوذپذیری بیشتری دارد. درواقع تا به امروز نگهداری داروهای بسیار هیدروفوب مانند Paclitaxel در لیپوزوم مسئله ساز بوده است. یک پیشرفت مهم در این زمینه بارگیری دارو در پاسخ به گرادیان PH غشا در بافرهای اسیدی داخلی یا نمک‌های غیرقابل حل تولیدکننده پروتون مثل سولفات آمونیوم می‌باشد. اصطلاح بارگیری از راه دور اغلب برای این پروسه استفاده می‌شود زیرا دارو پس از شکل‌گیری وزیکول بارگیری می‌شود. مزیت این روش این است که دارو را می‌توان مستقل از زمان و مکان تولید لیپوزوم استفاده کرد. ویژگی حفظ دارو در لیپوزوم وابسته به دارو است. بسیاری از داروها مثل Doxorubicin در داخل لیپوزوم رسوب می‌کنند و به خوبی حفظ می‌شوند در حالیکه نگهداری داروهای دیگر مانند سیپروفلوکساسین که به آسانی رسوب نمی‌کند بسیار مشکل است. با این حال تحویل سیپروفلوکساسین از طریق لیپوزوم نیز صورت می‌گیرد. سیپروفلوکساسین یک فلوئوروکوئینولون قوی با طیف گسترده است که علیه تعدادی از میکروارگانیسم‌ها به خصوص باکتری‌های گرم منفی موثر است. انواع خوراکی، وریدی سیپروفلوکساسین برای درمان عفونت‌های مجرای تنفسی استفاده می‌شود، اگرچه اثرات فارموکینتیکی غیرمطلوبی در قسمت‌های تحتانی مجرای تنفسی به جا می‌گذارد. بنابراین استفاده از لیپوزوم‌های حاوی سیپروفلوکساسین و تحویل دارو دقیقا در محل عفونت یعنی شش‌ها، می‌تواند از این اثرات جانبی سوء بکاهد.

حفظ دارو توسط لیپوزوم را می‌توان با بارگیری دارو تا حدی که غلظت بالایی از آن داخل لیپوزوم قرارگیرد انجام داد، بدین ترتیب می‌توان افزایش رسوب آن را بهینه کرد و یا این که از پلی‌آنیون‌هایی مثل دکستران سولفات نیز در داخل لیپوزوم استفاده کرد. داروهایی که باز ضعیف هستند مانند Paclitaxel را می‌توان به پیش داروهای بازی ضعیف تبدیل کرد که در نتیجه آن نگهداری داخل لیپوزوم راحت‌تر صورت می‌گیرد.

سرعت آزادسازی دارو برای اهداف درمانی با استفاده از لیپوزوم بسیار حائز اهمیت می‌باشد. باید توجه داشت که داروی به دام افتاده داخل لیپوزوم از لحاظ زیستی ارزشی ندارد، بلکه زمانی ارزشمند می‌شود که آزاد شود. از این رو قابلیت لیپوزوم‌ها برای افزایش غلظت‌های دارویی در موضع خاص از اهمیت بالایی برخوردار است.

مشکل دیگری که پیش روی لیپوزوم‌های کلاسیک وجود داشت پاکسازی لیپوزوم‌ها توسط سیستم فاگوسیت تک هسته ای (MPS) بود. به غیر از موارد درمان بیماری‌ها، هر کجا که سیستم MPS دخالت می‌کرد، بلع سریع لیپوزوم توسط MPS موجب کاهش توزیع آن به بافت‌های دیگر بدن می‌شد و برای ارگان‌های MPS نیز سمیت به همراه داشت. اوایل تلاش بر این بود که نیمه عمر گردش لیپوزوم کلاسیک را با بلوک کردن MPS با استفاده از مقادیر زیادی لیپوزوم فاقد دارو افزایش دهند. بعدها سایز لیپوزوم را کاهش دادند تا بدین وسیله از هضم آنها توسط ماکروفاژ جلوگیری شود. محققان عقیده داشتند که بهینه‌سازی لیپوزوم‌ها توسط پروتئین‌های سرم موجب پاکسازی سریع آن‌ها توسط کبد و طحال شده است. تحقیقات اولیه روی شناسایی اختلافات بین غشاهای فسفولیپیدی ساده یا تغییر داده نشده و غشاهای بیولوژیکی که سطح غنی از کربوهیدرات داشتند، متمرکز شدند. اضافه کردن مونوزیالوگلیکوپروتئین GM1 به لیپوزوم که از فسفاتیدیل کولین (PC) تخم مرغ تشکیل شده بود به همراه کلسترول برای سخت‌تر کردن غشا، منجر به تولید اولین لیپوزوم‌هایی شد که می‌توانند مدت بیشتری در بدن بمانند بدون این که نیاز به بلوک سیستم ایمنی باشد. جایگزینی اسفنگومیلین‌ها به جای PC تخم مرغ نیمه عمر لیپوزوم را حتی بیشتر هم کرد و میزان کمتری از لیپوزوم برای پاکسازی به کبد منتقل شد. این مکانیسم احتمالا به دلیل افزایش سطح هیدروفوبیته لیپوزوم‌های بهره‌مند شده از گانگلیوزید بوده است. به این لیپوزوم‌ها که طول عمر بیشتری داشتند لیپوزوم‌های نهان گفته شد. برای پایداری لیپوزوم‌ها از پلیمرهایی مثل پلی اتیلن گلیکول (PEG) استفاده شد. استفاده از PEG موجب کاهش چشم‌گیر سرعت پاکسازی لیپوزوم ها توسط MPS شد.

سومین مشکل با سیستم تحویل داروی لیپوزومی این بود که چگونه داروها از غشا عبور کرده و به مکان موردنظر برسند. داروهایی که قدرت بازی ضعیف دارند می‌توانند با انتشار غیرفعال در جهت کاهش شیب غلظت به شکل غیرباردار وارد شوند، درحالیکه داروهای هیدروفوب کوچک می‌توانند از انتقال دهنده‌های غشای سلولی استفاده کنند. اوایل از آنتی‌بیوتیک‌ها برای دخالت در اتصال اختصاصی لیپوزوم به سلول‌های هدف استفاده می‌شد و در نتیجه اندوسیتوز لیپوزوم با واسطه گیرنده نیز مشاهده گردید. در اندک زمانی مشخص شد لیپوزوم‌هایی که آنتی‌بادی را هدف قرار می‌دادند در بهبود سمیت انتخابی عوامل ضد سرطان لیپوزومی برای سلول‌های کشت داده شده نقش دارند، اگرچه این لیپوزوم‌ها خیلی زود از بدن پاک سازی می‌شدند. بعدها که از PEG در لیپوزوم‌ها استفاده گردید، مشخص شد هنگامی که آنتی‌بادی‌ها به سطح لیپوزوم‌ها متصل می‌شوند جایگاه اتصال آنتی‌ژن آن‌ها توسط PEG همان لیپوزوم پوشیده می‌شد و این مسئله، مشکل‌ساز بود. با روش‌های جدید، اتصال آنتی‌بادی‌ها و قطعات آن‌ها و لیگاندها به انتهای مولکول PEG که به سطح لیپوزوم متصل شده بود صورت گرفت. روش‌هایی که برای تولید لیپوزوم هدف گیری کننده لیگاند تدبیر شده بود، طاقت‌فرسا و کنترل آنها مشکل و سیستم‌های حاصل از آنها نیز ناکارآمد بود.

پایداری لیپوزوم‌ها در سیستم گردش بدن و حفظ محتویات آن‌ها به عنوان بهترین ویژگی‌ها برای لیپوزوم به شمار می‌رفت، اما بعدها که این مشکلات مرتفع شد مشکلات جدیدی پیش رو آمد، به عنوان مثال اینکه بعد از رسیدن لیپوزوم به موضع موردنظر بتوان کنترل آزادسازی دارو را در اختیار داشت جزو اهداف جدید دانشمندان بود. اولین محرک برای آزادسازی دارو هایپرترمیا (محرک از راه دور) بود. تحویل متوترکسات لیپوزومی در تومورهای گرما دیده چهار برابر بیشتر از تومورهای کنترل گرم نشده بود. بعدها لیپوزوم های حساس به PH تولید شدند که با لیپید پالمیتول هموسیستئین فرمول‌سازی می‌شدند و آزادسازی دارو در آنها در نواحی که PH آن کمی اسیدی بود مثل تومورهای اولیه یا محل التهاب، بیشتر از سایر نواحی بود. از طرفی می‌توان از لیپوزوم‌های هدف گیری کننده لیگاند که انتقال دهنده بسته دارویی به داخل سلول هدف را بهبود می‌بخشند استفاده کرد که محتویات خود را در داخل محیط غنی از آنزیم و با PH پایین اندوزوم آزاد کنند. تحریک آزادسازی اگرچه به طور مفهومی امیدوارکننده است اما در عمل ناموفق بوده است.

به طور کلی روش صحیح انتخاب لیپوزوم به پارامترهایی از قبیل: ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی ماده‌ای که قرار است در داخل لیپوزوم قرارگیرد و ویژگی های فیزیکوشیمیایی خود لیپوزوم، ماهیت محیطی که وزیکول در آن غوطه‌ور می‌شود، غلظت مناسب ماده‌ی احاطه شده و میزان سمیت آن، پروسه‌هایی که باید حین تحویل لیپوزوم انجام شوند، اندازه بهینه و نیمه عمر وزیکول‌ها برای مقاصد موردنظر و احتمال تولید محصولات لیپوزومی ایمن و موثر در مقیاس وسیع بستگی دارد. سه نوع لیپوزوم MLV، SUV، LUV وجود دارد که این لیپوزوم‌ها برای تحویل انواع داروهای مختلف استفاده می‌شوند.

ریشه‌کنی عفونت‌های داخل سلولی، یعنی آن‌هایی که در MPS به دام افتاده‌اند، به علت کاهش دسترسی دارو به جایگاه‌های عفونت مشکل و نتیجه، رسیدن دوز پایین دارو به محل عفونت می‌باشد. لیپوزوم‌ها حاملین مناسبی برای انتقال دارو به ماکروفاژهای آلوده هستند. زیرا از طریق انتشار غیرفعال میل به تجمع در MPS دارند. از این خاصیت برای درمان لیشمانیوز و توبرکلوزیس استفاده شد.

لیپوزوم‌ها کاربردهای وسیعی در تکنولوژی امروز و در زمینه‌های مختلف از جمله درمان تومور، جایگاه عفونت، تحویل دارو، ژن، درمان بیماری‌های ریوی و مشکلات پوستی دارند. علاوه بر کاربرد در تحویل دارو و ژن، لیپوزوم‌ها می‌توانند به عنوان حامل برای تحویل رنگ به پارچه‌ها، آفت کش‌ها برای گیاهان، آنزیم و مواد مغذی برای محصولات غذایی و مواد آرایشی برای پوست و هم چنین در مهندسی ژنتیک نیز کاربرد داشته باشند.

در کاربردهای بالینی، داروهای لیپوزومی به علت قابلیت آنها برای تجمع به صورت غیرفعال در جایگاه‌هایی از رگ که نفوذپذیری آنها راحت‌تر است و نیز به علت سایز بسیار کوچک و فیلترپذیریشان و برای این که قابلیت کاهش عوارض جانبی ناشی از استفاده از داروها به صورت آزاد را دارند از اهمیت والایی برخوردارند. این مزایا باعث شده است که در کاربردهای درمانی که کارایی بر سمیت روش سنجیده می‌شود، لیپوزوم‌ها دارای اولویت باشند، اگرچه در موارد بالینی بیشتر تلاش بر کاهش سمیت می‌باشد تا افزایش کارآیی. لیپوزوم‌ها از بافت‌هایی که اتصالات اندوتلیال مختلفی دارند کمتر عبور می‌کند. در نتیجه سمیت این روش به استفاده از فرم آزاد دارو بیشتر است. با تمام این تفاسیر می‌توان آینده روشنی را برای لیپوزوم‌ها در محصولات بالینی و یا هر زمینه‌ای که در آن نیاز به مولکول‌های کوچک برای انتقال مواد باشد، در نظر گرفت.

 

مژگان سبزعلی زاده 1، عاطفه شجاعیان 1، تهمینه ابراهیم زاده شیراز 1

1 کارشناسی ارشد میکروبیولوژی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ورامین-پیشوا.

 

ماهنامه اخبار آزمایشگاهی