Aripiprazol w leczeniu grzybiczych zakażeń oka – nowa nanoformulacja

Czy aripiprazol może stać się nowym lekiem przeciwgrzybiczym w okulistyce?

Zakażenia grzybicze oka stanowią rosnące zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, a ograniczone możliwości terapeutyczne i szybko narastająca oporność patogenów dramatycznie zawężają spektrum dostępnych opcji leczenia. Wśród najgroźniejszych schorzeń znajdują się grzybicze zapalenie rogówki (keratitis) – stan zapalny prowadzący do bliznowacenia i utraty przezroczystości rogówki – oraz zapalenie wewnątrzgałkowe (endophthalmitis). Gatunki Candida, w szczególności Candida albicans, należą do najczęstszych patogenów grzybiczych w okulistyce.

Repozycjonowanie leków – strategia polegająca na ponownym wykorzystaniu zatwierdzonych już preparatów w nowych wskazaniach – oferuje szybką i ekonomiczną drogę do odkrywania potencjału przeciwgrzybiczego w lekach niezaliczanych dotąd do antymykotyków. Aripiprazol (AR), atypowy lek przeciwpsychotyczny zatwierdzony przez FDA do leczenia schizofrenii i zaburzeń afektywnych dwubiegunowych, wykazuje aktywność przeciwgrzybiczą, szczególnie wobec gatunków Candida. Dotychczasowe badania ograniczały się jednak wyłącznie do ocen in vitro i systemowego zastosowania – brakowało jakichkolwiek doniesień o formulacjach miejscowych, wewnątrzgałkowych lub ocusertach przeznaczonych do leczenia grzybiczych zakażeń oka.

Niniejsze badanie przedkliniczne, przeprowadzone przez zespół z Egiptu, stanowi pierwszą próbę sformułowania aripiprazolu w postaci nanofarmaceutycznego systemu dostarczania leku, skierowanego na tkanki oka. Autorzy opracowali PEGylowane terpesomy (PEG-TERs) – wielofunkcyjne pęcherzyki lipidowe zawierające fosfolipidy, surfaktanty i terpeny – które następnie włączyli do drukowanych 3D ocusertów z kwasu polilaktydowego (PLA), zapewniając kontrolowane i przedłużone uwalnianie leku.

Jak zaprojektowano i przetestowano nowy system dostarczania aripiprazolu?

PEG-TERs przygotowano metodą hydratacji cienkiej warstwy lipidowej, stosując różne ilości fenchonu (terpenu bicyklicznego) oraz surfaktantu Brij® o różnych wartościach HLB. Optymalizację składu przeprowadzono z użyciem central composite design (Design-Expert® v.13), oceniając wpływ trzech zmiennych niezależnych: ilości lipidu (X₁), ilości terpenu (X₂) oraz wartości HLB surfaktantu Brij® (X₃) na parametry formulacji: stopień wbudowania leku (EE%), rozmiar cząstek (PS) oraz potencjał zeta (ZP).

Optymalna formulacja (F14) charakteryzowała się: EE% = 99,05±0,05%, PS = 447,15±5,00 nm, PDI = 0,742±0,008, ZP = –34,70±0,30 mV oraz pH = 7,0±0,02 – wartościami zgodnymi z wymogami fizjologicznymi dla preparatów ocznych. Morfologię nanoformulacji potwierdzono w transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), a charakterystykę termiczną – metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), wykazując molekularną dyspersję lub transformację aripiprazolu do postaci amorficznej w strukturze lipidowej.

Następnie optymalne PEG-TERs włączono do ocusertów drukowanych metodą FDM (fused deposition modeling) z użyciem filamentu PLA. Ocusertu składały się z dolnej pokrywy z wnęką na formulację oraz górnej pokrywy zamykającej. Skuteczność przeciwgrzybiczą oceniano in vitro metodą mikrodylucji bulionowej wobec Candida albicans (ATCC 60193), a następnie in vivo na modelu króliczym (n=6, grupy po 3 zwierzęta), mierząc hamowanie wzrostu grzybów w płynie łzowym w punktach czasowych 1–8 h po aplikacji.

Jakie rezultaty przyniosła nowa formulacja aripiprazolu?

Optymalna formulacja PEG-TERs osiągnęła stopień wbudowania leku bliski 100% (99,05±0,05%), co wskazuje na bardzo efektywne zatrzymanie lipofilowego aripiprazolu w dwuwarstwie lipidowo-terpenowej. Rozmiar cząstek (447 nm) mieścił się w zakresie nanometrycznym odpowiednim dla penetracji przez bariery oka, a ujemny potencjał zeta (–34,70 mV) zapewniał stabilność koloidalną poprzez odpychanie elektrostatyczne. Formulacja zachowała stabilność przez 3 miesiące przechowywania w 4°C – parametry fizykochemiczne nie uległy istotnym zmianom (p>0,05).

Badania przepuszczalności ex vivo przez rogówkę bydlęcą wykazały, że zamknięcie AR w PEG-TERs zwiększyło zatrzymanie leku i zmniejszyło przenikanie przez błonę w porównaniu z zawiesiną AR (niższe Q₂₄ i J_max, p<0,05). Konfokalna mikroskopia laserowa (CLSM) z fluoresceiną potwierdziła intensywną fluorescencję i szeroką dystrybucję nanoformulacji w warstwach rogówki, co było zgodne z wynikami przepuszczalności ex vivo.

Kluczowym odkryciem było 3-krotne zwiększenie skuteczności przeciwgrzybiczej mierzonej jako pole pod krzywą (AUC₀₋₈): ocusertu z PEG-TERs osiągnęły AUC₀₋₈ = 307,7±13,1, podczas gdy ocusertu z zawiesiną AR jedynie 100,5±13,7. Maksymalne hamowanie wzrostu Candida albicans dla PEG-TERs wystąpiło po 3 godzinach (64,7±6,9%) i utrzymywało się na wysokim poziomie (>47%) przez kolejne 4 godziny. W przeciwieństwie do tego, zawiesina AR osiągnęła szczyt aktywności po 1 godzinie (39,1±5,4%), a po 6 godzinach skuteczność spadła do 5,5±1,7%.

“AR-loaded PEG-TERs ocuserts stanowią bezpieczną, skuteczną i obiecującą platformę do leczenia grzybiczego zapalenia rogówki wywołanego przez Candida albicans” – piszą autorzy badania, podkreślając potencjał terapeutyczny nowego systemu.

Czy nowa formulacja jest bezpieczna dla tkanek oka?

Ocena histopatologiczna tkanek rogówki po 8-godzinnej ekspozycji na ocusertu wykazała zróżnicowany stopień zmian w zależności od formulacji. Grupa kontrolna (bez leczenia) zachowała prawidłową budowę histologiczną nabłonka i zrębu rogówki. Rogówki leczone ocusertami z zawiesiną AR wykazały łagodną wakuolizację nabłonka rogówkowego oraz wysoką gęstość nowo powstałych naczyń krwionośnych. Puste ocusertu (bez leku) spowodowały ciężką wakuolizację nabłonka, niewielką liczbę nowo utworzonych naczyń oraz łagodny obrzęk zrębu.

Natomiast rogówki leczone ocusertami z PEG-TERs wykazały umiarkowaną wakuolizację nabłonka rogówkowego przy zachowanej strukturze zrębu – obraz histopatologiczny był najbliższy grupie kontrolnej. Te wyniki sugerują, że ocusertu z PEG-TERs charakteryzują się lepszą tolerancją oczną w porównaniu z zawiesiną AR oraz pustymi ocusertami.

pH optymalnej formulacji (7,0±0,02) było zbliżone do fizjologicznego pH płynu łzowego (7,4), co minimalizuje ryzyko podrażnienia oka. Dodatkowo, analiza DSC potwierdziła molekularną dyspersję lub transformację aripiprazolu do postaci amorficznej w strukturze lipidowej, co zwiększa rozpuszczalność i poprawia profil uwalniania leku.

Dlaczego PEG-TERs zwiększają skuteczność aripiprazolu?

Zwiększona aktywność przeciwgrzybicza aripiprazolu w systemie PEG-TERs wynika z kilku mechanizmów działania na poziomie formulacji. Po pierwsze, zamknięcie AR w strukturze terpesomalnej umożliwia kontrolowane i przedłużone uwalnianie leku z drukowanej 3D matrycy PLA. Struktura terpesomów, złożona z fosfatydylocholiny (PC) i surfaktantu Brij® 98, zapewnia zarówno wzmocnioną interakcję z błonami komórkowymi, jak i przedłużone zatrzymanie leku w miejscu działania.

Obecność fenchonu – terpenu o umiarkowanej lipofilności i wysokiej spójności molekularnej – prawdopodobnie ułatwia lepszą penetrację przez rogówkę i ścianę komórkową grzybów, co skutkuje wyższym gromadzeniem się AR wewnątrz komórek. Fosfatydylocholina, ze względu na swoją hydrofobową naturę, ułatwia osadzanie i zatrzymanie leku wewnątrz błon pęcherzykowych. Z kolei fenchon, charakteryzujący się wysoką temperaturą wrzenia (192°C), wykazuje silną spójność molekularną, co zwiększa lepkość formulacji i spowalnia profil dyfuzji leku – efekt szczególnie korzystny w podaniu ocznym, gdzie przedłużony czas przebywania i zmniejszona częstotliwość dawkowania są kluczowe dla poprawy wyników terapeutycznych i przestrzegania zaleceń.

Dodatkowo, nanometryczny rozmiar cząstek (447 nm) i ujemny potencjał zeta (–34,70 mV) zapewniają stabilność koloidalną i ułatwiają penetrację przez bariery oka. Surfaktant Brij® 98 o wysokiej wartości HLB (15) zwiększa hydrofilność i stabilizację steryczną powierzchni pęcherzyków, minimalizując agregację i poprawiając stabilność dyspersji. Wszystkie te czynniki łącznie przyczyniły się do znacząco wyższego pola pod krzywą (AUC₀₋₈) i przedłużonego efektu przeciwgrzybiczego obserwowanego dla ocusertów z PEG-TERs w porównaniu z zawiesiną AR.

Co to oznacza dla leczenia grzybiczych zakażeń oka?

Wyniki tego badania przedklinicznego otwierają nowe perspektywy w leczeniu grzybiczego zapalenia rogówki wywołanego przez Candida albicans. Repozycjonowanie aripiprazolu jako leku przeciwgrzybiczego może przyspieszyć i obniżyć koszty rozwoju nowych terapii – AR jest już zatwierdzonym przez FDA lekiem o znanym profilu bezpieczeństwa systemowego. Kluczowym wyzwaniem pozostaje jednak ocena długoterminowego bezpieczeństwa miejscowego zastosowania w oku człowieka.

System PEG-TERs włączony w drukowane 3D ocusertu oferuje kontrolowane, przedłużone uwalnianie leku oraz zwiększone zatrzymanie na powierzchni oka, co może zmniejszyć częstotliwość aplikacji i poprawić przestrzeganie zaleceń terapeutycznych przez pacjentów. Pacjenci z zakażeniami Candida albicans mogą odnieść korzyść ze zwiększonej skuteczności i zmniejszonej toksyczności miejscowej w porównaniu z konwencjonalnymi formulacjami.

Platforma PEG-TERs może być w przyszłości modyfikowana w celu dostarczania terapii skojarzonych lub substancji wspomagających celujących w tworzenie biofilmu lub szlaki oporności przeciwgrzybiczej, co potencjalnie zwiększyłoby wyniki terapeutyczne w opornym grzybiczym zapaleniu rogówki. Połączenie PEG-TERs z drukiem 3D ocusertów pokazuje możliwość tworzenia personalizowanych, dostosowanych do pacjenta implantów ocznych, które można projektować pod kątem zawartości leku, struktury i kinetyki uwalniania przy użyciu technologii przyrostowego wytwarzania.

Autorzy podkreślają jednak istotne ograniczenia: mała liczba zwierząt w badaniu (n=3 w grupie) ogranicza moc statystyczną, a brak długoterminowych badań klinicznych w populacji ludzkiej wymaga dalszych prac nad oceną skalowalności, stabilności długoterminowej i aspektów regulacyjnych takich hybrydowych systemów nano-3D przed ich wdrożeniem do praktyki klinicznej.

Jakie są najważniejsze wnioski z tego badania?

Badanie wykazało, że aripiprazol – lek przeciwpsychotyczny zatwierdzony przez FDA – może być skutecznie repozycjonowany jako kandydat przeciwgrzybiczy w leczeniu zakażeń oka wywołanych przez Candida albicans. Opracowana nanoformulacja PEG-TERs charakteryzowała się wysokim stopniem wbudowania leku (99%), nanometrycznym rozmiarem cząstek, korzystnym potencjałem zeta i doskonałą stabilnością fizyczną przez 3 miesiące przechowywania. Włączenie PEG-TERs do drukowanych 3D ocusertów z PLA zapewniło kontrolowane i przedłużone uwalnianie leku, efektywne osadzanie w rogówce oraz silną aktywność przeciwgrzybiczą – 3-krotnie wyższą niż zawiesina AR (AUC₀₋₈: 307,7 vs. 100,5). Histopatologia potwierdziła bezpieczeństwo oczne i biokompatybilność optymalnego systemu hybrydowego. Łącznie, ocusertu z AR-loaded PEG-TERs stanowią bezpieczną, skuteczną i obiecującą platformę do leczenia grzybiczego zapalenia rogówki wywołanego przez Candida albicans, podkreślając potencjał strategii repozycjonowania leków oraz technologii druku 3D w zaawansowanym dostarczaniu leków do oka.