Aripiprazol w NLC: innowacyjna droga podawania donosowego w schizofrenii

Schizofrenia to poważne schorzenie neuropsychiatryczne, które drastycznie wpływa na życie pacjentów, niosąc ze sobą wysokie ryzyko zachowań samobójczych i zagrażających życiu. Po zaprzestaniu farmakoterapii około 80% chorych doświadcza ciężkich nawrotów w ciągu dwóch lat, z powrotem objawów negatywnych, poznawczych, agresywnych, lękowych i depresyjnych. Choć nie wszystkie mechanizmy biologiczne choroby są w pełni poznane, coraz więcej dowodów wskazuje, że receptory dopaminowe odgrywają kluczową rolę w manifestacji tych objawów.

Aripiprazol (ARP) to doustny lek przeciwpsychotyczny drugiej generacji stosowany w leczeniu schizofrenii. Należy do klasy II BCS (niska rozpuszczalność, wysoka przepuszczalność), co oznacza, że podlega intensywnemu metabolizmowi pierwszego przejścia i wypompowywaniu przez glikoproteiny P. W efekcie jego skuteczność in vivo jest ograniczona, a wzrost dawki wiąże się z nasileniem działań niepożądanych zależnych od dawki. Bariera krew-mózg (BBB) dodatkowo ogranicza przenikanie leków do mózgu, co skutkuje nieskutecznym stężeniem leku w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN).

Podawanie leków drogą nos-mózg (nose-to-brain) wyłoniło się jako obiecująca, nieinwazyjna technika omijania BBB i unikania metabolizmu pierwszego przejścia, poprawiając tym samym dotarcie do mózgu. Ta droga wykorzystuje wysoką przepuszczalność błony śluzowej nosa oraz bezpośrednie szlaki transportu przez neurony węchowe i trójdzielne. Wśród wielu nanonośników badanych w tym celu nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) oferują szereg korzyści: wysoką pojemność ładowania leku, kontrolowane profile uwalniania oraz zwiększoną stabilność. Dotychczasowe badania wykazały skuteczność NLC w transporcie różnych leków przeciwpsychotycznych, takich jak klozapina i amisulpryd, co stanowi dodatkowy dowód na potencjał NLC w dostarczaniu leków z nosa do mózgu.

Jak zoptymalizowano formulację aripiprazolu w NLC?

Głównym celem badania było zwiększenie skuteczności terapeutycznej aripiprazolu poprzez opracowanie zoptymalizowanych nanostrukturalnych nośników lipidowych (NLC), które zapewniają maksymalną absorpcję leku z efektywnym dotarciem do celu i bezpieczną retencją w regionie węchowym. Innowacyjność tej pracy polega na systematycznym opracowaniu i optymalizacji ARP-NLC z wykorzystaniem podejścia factorial design, specjalnie dostosowanego do pokonania podwójnych wyzwań: słabej rozpuszczalności ARP i ograniczonej biodostępności w mózgu.

Badacze przeprowadzili kompleksową ocenę obejmującą solidną optymalizację statystyczną, szczegółową charakteryzację oraz badania przepuszczalności ex vivo. Formulacje przygotowano metodą homogenizacji, a następnie ultrasonikacji, stosując 3² factorial design. Wybrano dwa główne czynniki: fazę lipidową (lipid stały i ciekły) oraz mieszankę surfaktant-kosurfaktant (Smix). Każdy czynnik testowano na trzech poziomach: niskim (-1), średnim (0) i wysokim (+1). Faza lipidowa wahała się od 5 do 10%, podczas gdy stężenie Smix wynosiło od 20 do 50%.

Wybór tych czynników i poziomów oparto na wstępnych badaniach rozpuszczalności i emulsyfikacji, które wykazały, że kwas stearynowy (lipid stały) i kwas oleinowy (lipid ciekły) zapewniają optymalną rozpuszczalność leku, podczas gdy Tween 80 i PEG 400 (Smix) gwarantują stabilną emulsyfikację. Factorial design umożliwił identyfikację istotnych interakcji między czynnikami, co potwierdziły wyniki ANOVA, pokazujące, że zarówno faza lipidowa, jak i Smix znacząco wpływały na ładowanie leku i efektywność enkapsulacji (p < 0,05).

Jakie metody zastosowano do charakterystyki NLC?

Badacze wykorzystali szereg zaawansowanych technik analitycznych do pełnej charakterystyki opracowanych nanostrukturalnych nośników lipidowych. Spektroskopia FT-IR potwierdziła brak interakcji między aripiprazolem a substancjami pomocniczymi, co jest kluczowe dla stabilności formulacji. Widma FT-IR czystego leku i mieszanin fizycznych nie wykazały zmian w głównych pikach charakterystycznych dla leku.

Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) ujawniła zachowanie termiczne aripiprazolu i zoptymalizowanej formulacji NLC. Zaobserwowano pojedynczy ostry pik endotermiczny przy 144,45°C dla czystego leku i 143,39°C dla NLC, co sugeruje, że lek pozostaje w stanie krystalicznym pomimo włączenia do matrycy lipidowej. Wynik ten wskazuje, że cząsteczki leku rozproszone w fazie lipidowej mogą krystalizować, co jest zgodne z obserwacjami niektórych autorów dotyczących nanocząstek przygotowanych metodą homogenizacji i ultrasonikacji.

Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) ujawniła, że cząstki mają kształt sferyczny, są jednorodne i posiadają gładką powierzchnię. Wielkość nanocząstek obserwowana w SEM dobrze korelowała z pomiarami uzyskanymi za pomocą analizatora wielkości cząstek (Malvern zeta sizer), co potwierdza wiarygodność obu metod pomiarowych.

Pomiary wielkości cząstek (PS), potencjału zeta (ZP) i indeksu polidyspersyjności (PDI) przeprowadzono metodą dynamicznego rozpraszania światła (DLS). Zoptymalizowana formulacja A4 wykazała wielkość cząstek 99,6 nm, co jest wystarczająco małe dla efektywnej absorpcji przez drogę nosową. Potencjał zeta wynosił -36,7 mV, co wskazuje na silne odpychanie elektrostatyczne między cząstkami, zapobiegające agregacji i zapewniające dobrą stabilność koloidalną. PDI na poziomie 0,249 świadczy o wąskim rozkładzie wielkości cząstek i jednorodności formulacji.

Jak przebiega uwalnianie aripiprazolu z NLC?

Badania in vitro uwalniania leku przeprowadzono z użyciem komórek dyfuzyjnych Franza przez 72 godziny w buforze fosforanowym pH 6,4 (odzwierciedlającym pH błony śluzowej nosa). Roztwór czystego leku wykazał szybkie i rozległe uwalnianie, osiągając 91,78 ± 0,28% w ciągu 24 godzin. W przeciwieństwie do tego wszystkie formulacje NLC (A1-A9) wykazywały znacząco przedłużony profil uwalniania (p < 0,05), potwierdzając ich zdolność do długotrwałego dostarczania leku.

Uwalnianie leku z NLC wykazywało wyraźny dwufazowy wzorzec: początkowy „burst release” (gwałtowne uwalnianie), po którym następowała faza kontrolowanego, przedłużonego uwalniania. Ten profil przypisuje się natychmiastowemu uwolnieniu cząsteczek leku zaadsorbowanych na powierzchni nanocząstek. Następnie faza przedłużonego uwalniania jest kontrolowana przez wolniejszą dyfuzję leku zamkniętego w rdzeniu matrycy lipidowej, co zapewnia długotrwałą dostępność leku.

Wśród wszystkich formulacji A4 wykazała najkorzystniejszy profil uwalniania, osiągając 45,01 ± 0,20% kumulacyjnego uwalniania po 72 godzinach. To znacząco wyższe uwalnianie (p < 0,05) wskazuje na zoptymalizowany stosunek lipidów stałych do ciekłych oraz surfaktantów w formulacji. Obserwowany burst release można dodatkowo wyjaśnić mikrostrukturą NLC – różnice w charakterystyce topnienia między lipidami ciekłymi i stałymi mogą prowadzić do tworzenia zewnętrznej powłoki bogatej w lipid ciekły, która ma wysoką rozpuszczalność dla lipofilowego leku, ułatwiając szybką dyfuzję w fazie początkowej.

Analiza kinetyczna danych uwalniania wykazała, że uwalnianie leku z NLC następuje zgodnie z modelem Peppasa. Wykładnik uwalniania (n) był mniejszy niż 0,45, co wskazuje, że mechanizm uwalniania jest kontrolowany przez dyfuzję Ficka. Ta wiedza jest istotna dla przewidywania zachowania formulacji in vivo i optymalizacji dawkowania.

Czy formulacja jest bezpieczna i stabilna?

Badania toksyczności hemolitycznej in vitro przeprowadzono w celu oceny bezpieczeństwa opracowanych formulacji. Zarówno puste, jak i naładowane lekiem NLC testowano w zakresie stężeń 0-160 μg/ml w buforze fosforanowym pH 6,4. Wyniki wykazały znikome efekty hemolityczne (0,509-1,528%), które mieściły się w akceptowalnym zakresie (<5%). Jako kontrolę dodatnią użyto Triton X 100, który wykazał 100% hemolizy erytrocytów. Chociaż interpretacja badań in vitro nie przewiduje dokładnie zachowania in vivo, ujawnia potencjał hemolityczny formulacji.

Badania toksyczności rzęsek nosowych przeprowadzono w celu zbadania toksyczności substancji pomocniczych użytych w formulacji. Błonę nosową owiec traktowano izopropanolem (kontrola dodatnia), buforem fosforanowym pH 6,4 (kontrola ujemna) oraz pustymi i naładowanymi NLC. Leczenie izopropanolem spowodowało uszkodzenie rzęsek nosowych i warstwy nabłonkowej. Natomiast nie zaobserwowano uszkodzenia rzęsek nosowych ani warstwy nabłonkowej po leczeniu buforem lub formulacjami NLC, co sugeruje, że formulacja i substancje pomocnicze są nietoksyczne dla podawania donosowego.

Badania stabilności przeprowadzono zgodnie z wytycznymi ICH Q1A(R2), przechowując zoptymalizowaną formulację A4 w trzech różnych warunkach temperaturowych przez 3 miesiące: 5 ± 3°C, 25 ± 2°C/60 ± 5% RH oraz 40 ± 2°C/75 ± 5% RH. Wyniki wskazały, że NLC były stabilne w odniesieniu do ładowania leku, przepuszczalności, efektywności enkapsulacji, uwalniania in vitro, pH, wielkości cząstek i potencjału zeta.

Zaobserwowano wzrost wielkości cząstek NLC zarówno przy 25°C, jak i 40°C, jednak nadal pozostawały one w zakresie nano, co jest optymalne dla dostarczania donosowego. Wzrost wielkości cząstek był wolniejszy, gdy NLC przechowywano w 5°C. Stwierdzono, że energia kinetyczna układu wzrasta przy temperaturach 25°C i 40°C, co umożliwia przyspieszenie kolizji cząstek i zwiększa potencjał agregacji nanocząstek. Ponadto zaobserwowano spadek ładowania leku, efektywności enkapsulacji i uwalniania in vitro oraz wzrost wielkości cząstek, gdy NLC przechowywano w 25°C i 40°C w porównaniu z 5°C. Te odkrycia potwierdzają temperaturowo-zależne zachowanie NLC i wspierają zalecenie przechowywania formulacji w temperaturze 5°C.

Co to oznacza dla leczenia schizofrenii?

Przedłużony profil uwalniania, zwiększona przepuszczalność nosowa i stabilność zoptymalizowanych ARP-NLC A4 sugerują znaczący potencjał poprawy terapii schizofrenii. Dwufazowy wzorzec uwalniania, z początkowym gwałtownym uwolnieniem, po którym następuje kontrolowane uwalnianie do 72 godzin, może zmniejszyć częstotliwość podawania w porównaniu z konwencjonalnymi tabletkami doustnymi aripiprazolu, które wymagają codziennego dawkowania ze względu na 75-godzinny okres półtrwania i intensywny metabolizm wątrobowy.

Ta przedłużona dostępność leku może zwiększyć przestrzeganie terapii przez pacjentów – krytyczny czynnik, biorąc pod uwagę, że około 80% pacjentów ze schizofrenią doświadcza ciężkich nawrotów w ciągu dwóch lat od przerwania leczenia. Ponadto podejście dostarczania leku z nosa do mózgu omija barierę krew-mózg i metabolizm pierwszego przejścia, potencjalnie zwiększając biodostępność leku w miejscu docelowym i minimalizując ogólnoustrojowe działania niepożądane, takie jak objawy pozapiramidowe czy przyrost masy ciała, powszechnie związane z doustną terapią aripiprazolem.

Brak istotnych efektów hemolitycznych lub toksycznych dla rzęsek dodatkowo wspiera bezpieczeństwo tej formulacji do stosowania donosowego. Zoptymalizowana formulacja A4 wykazała newtonowskie zachowanie przepływu z lepkością 32,5 ± 1,2 mPa·s, co jest odpowiednie dla podawania donosowego i zgodne z dobrą rozprowadzalnością i retencją na błonie śluzowej. Podczas badań stabilności lepkość formulacji A4 pozostała stabilna na poziomie 32-35 mPa·s we wszystkich warunkach przechowywania, co potwierdza brak istotnych zmian w jej właściwościach reologicznych w czasie.

Mechanizm działania można wyjaśnić następująco: po podaniu donosowym NLC są transportowane przez neurony węchowe i trójdzielne bezpośrednio do OUN, omijając BBB. Lipidowa natura nośników ułatwia przenikanie przez błonę śluzową, a kontrolowane uwalnianie zapewnia utrzymanie stężenia terapeutycznego przez dłuższy czas. Aripiprazol, jako lipofilowy lek, wykazuje większe powinowactwo do matrycy lipidowej, co skutkuje zmniejszoną ilością dyfuzji leku z NLC w porównaniu z roztworem leku.

Jakie są perspektywy dalszych badań nad ARP-NLC?

Opracowane nanostrukturalne nośniki lipidowe z aripiprazolem stanowią obiecujący system dostarczania leku z nosa do mózgu, z poprawioną rozpuszczalnością, stabilnością i biodostępnością potwierdzoną w badaniach in vitro i ex vivo. Zoptymalizowana formulacja A4 wykazała kształt sferyczny cząstek z wąskim rozkładem wielkości poniżej 150 nm, pojemnością ładowania leku 20,96% i efektywnością enkapsulacji 96,22%, zapewniając przedłużone uwalnianie leku zgodnie z dyfuzją Ficka. Badania toksyczności potwierdziły, że przygotowane formulacje NLC nie wykazują istotnej hemolizy ani uszkodzenia błony śluzowej, co wspiera ich bezpieczeństwo dla podawania donosowego. System wykazuje stabilność w warunkach chłodniczych (5°C) przez co najmniej 3 miesiące, z minimalnym wzrostem wielkości cząstek i bez znaczących zmian w efektywności enkapsulacji czy profilu uwalniania. Przyszłe badania powinny skupić się na farmakokinetyce i farmakodynamice in vivo w modelach zwierzęcych, aby ostatecznie potwierdzić zwiększoną skuteczność terapeutyczną, rozmieszczenie w organizmie i dotarcie do mózgu tej donosowej metody podawania ARP-NLC.