Drogi podawania biofarmaceutyków białkowych Produkcja sztucznych tkanek z zastosowaniem biopolimerów i systemów kontrolowanego uwalniania substancji
Porównanie cech farmakokinetycznych i farmakodynamicznych leków białkowych i małocząsteczkowych Cecha Leki białkowe Leki małocząsteczkowe Masa cząsteczkowa Sposób podawania Obszar dystrybucji Wiązanie z białkami krwi Obecność w płynach ustrojowych pozakomórkowych Fagocytoza Eliminacja Eliminacja nerkowa Eliminacja wątrobowa Immunogenność >3000 Da Pozajelitowo (dożylnie, podskórnie, domięśniowo, wziewnie Głównie układ krwionośny Nieistotne Zależne od MW i hydrofobowości Istotne dla dużych białek (MW> 300 kDa) i agregatów białkowych Denaturacja, proteoliza Filtracja (MW< 40 kDa), metabolizm Fagocytoza, endocytoza, metabolizm Istotne dla podawanych wielokrotnie <1000 Da Wszystkie drogi Ograniczony hydrofobowością I wiązaniem z białkami ważne Biotransformacja, wiązanie z białkami Filtracja, transport, metabolizm Metabolizm Zwykle nieistotne
Stabilność preparatów białkowych Czynniki i procesy wpływające na stabilność białek Czynniki fizyczne: temperatura, pH, adsorpcja powierzchniowa, niekowalencyjna agregacja i asocjacja Reakcje chemiczne: utlenianie tryptofanu, metioniny, cysteiny, histydyny, tyrozyny; Hydroliza wiązań peptydowych i amidowych; wymiana mostków disulfidowych Substancje pomocnicze stosowane do stabilizowania białek Substancja pomocnicza Funkcja Cukier (trehaloza, maltoza) Podwyższenie temperatury przejścia międzyfazowego Cukry zredukowane (sorbitol, mannitol) Środki powierzchniowo-czynne Zapobieganie adsorpcji powierzchniowej EDTA Zapobieganie utlenianiu cysteiny Polimery (dekstrany, kaboksymetyloceluloza) Zapobieganie agregacji niekowalencyjnej Aminokwasy (lizyna, arginina) Zwiększenie rozpuszczalności
Sposoby podawania leków białkowych Podawanie domięśniowe i podskórne Problem konieczności zapewnienia przedłużonego działania Producent Peptyd/białko Wskazanie Postać Alkermes/Genentch Alkermes/ Johnson&Johnson Takeda AstraZeneca Rekombinowany ludzki hormon wzrostu Erytropoetyna Octan leuproreliny Octan gosereliny Zaburzenia wzrostu Niedokrwistość Rak prostaty Mikrocząstki (ProLease) Mikrocząstki (PLA/PGLA) Implanty Polimery biokompatybilne, biodegradowalne, nieimmunogenne PLA – polimleczan PLGA – poli(D,L-mleczan-co-glikolan)
Sposoby podawania leków białkowych Implantowana pompa osmotyczna Przed implantacją system napełnia się roztworem leku. W miejscu implantacji woda przenika przez błonę do komory osmotycznej. Ilość roztworu leku wydzielanego ze zbiornika odpowiada ilości wody wchodzącej do komory Taki system zapewnia stały poziom leku białkowego w osoczu
Sposoby podawania leków białkowych Samoregulujący się system podawania insuliny
Sposoby podawania leków białkowych Podawanie wziewne Forma leku: aerozol Drogi wnikania: nabłonek doprowadzających dróg oddechowych (tchawica, oskrzela, oskrzeliki) – 5% powierzchni nabłonka płuc Komórki nabłonka kolumnowego, warstwa 30 – 40 m, stosunkowo nieprzepuszczalne dla większych cząsteczek (>5 kDa). Możliwy transport na drodze dyfuzji okołokomórkowej, transcytozy lub z udziałem receptorów. Można osiągnąć zwiększenie przenikalności okołokomórkowej podając cytochalazynę lub poli-L-lizynę. nabłonek pęcherzyków płucnych – 95% nabłonka płuc; warstwa o grubości 0.1 – 0.2 m; przepuszczalny dla makrocząsteczek o MW <40 kDa. Powierzchnia adsorpcji około 75 m2. Biodostępność białek – 10 – 20% Podanie tą drogą – ominięcie metabolizmu wątrobowego Preparaty biofarmaceutyków do inhalacji: insulina: DPI (dry powder inhaler) – rozpylenie drobnego proszku do stojącego obłoku aerozolu; system AER – rozpylanie na mgłę roztworu białka przez mikroporowate folie - Dnaza (mukowiscydoza), także terapia genowa mukowiscydozy (nośniki liposomowe)
Sposoby podawania leków białkowych Podawanie doustne Białka podawane doustnie - <5% przechodzi do krwiobiegu (także gdy w kapsułkach zabezpieczających przed degradacją w żołądku). Niezmodyfikowane białko terapeutyczne ulega w ciągu max. 10 min degradacji w jelicie cienkim.
Sposób postępowania w inżynierii tkankowej
Zdjęcia matryc polimerowych wykonane z zastosowaniem elektronowej mikroskopii skanningowej Po lewej – matryca wykonana z PLGA, po prawej – matryca z PGA
Wpływ rodzaju adhezji komórek do matrycy na funkcję komórek
Różne możliwości kontrolowanego uwolnienia czynników wzrostu do rozwijających się tkanek Po lewej – uwolnienie z matrycy polimerowej Po prawej – uwolnienie z implantu i mikrocząstki