Pemberian obat paru. Bagian II: Peran perangkat pengiriman inhalansia dan formulasi obat dalam efektivitas terapi obat aerosol N R Labiris dan M B Dolovich Penulis Informasi ► Pasal catatan ► Hak Cipta dan Lisensi Informasi ► Artikel ini telah dikutip oleh artikel lainnya di PMC. Pergi ke: Abstrak Penelitian di bidang pengiriman obat paru telah mengumpulkan momentum dalam beberapa tahun terakhir, dengan meningkatnya minat dalam menggunakan paru-paru sebagai sarana memberikan obat sistemik. Kemajuan teknologi perangkat telah menyebabkan pengembangan lebih sistem pengiriman yang efisien mampu memberikan dosis yang lebih besar dan partikel halus ke dalam paru-paru. Sebagai perangkat pengiriman lebih efisien paru dan formulasi canggih menjadi tersedia, dokter dan profesional kesehatan akan memiliki pilihan berbagai kombinasi perangkat dan formulasi yang akan menargetkan sel-sel atau wilayah tertentu di paru-paru, hindari mekanisme clearance paru-paru dan disimpan dalam paru-paru untuk jangka waktu lebih lama. Sekarang diakui bahwa tidak cukup hanya untuk memiliki terapi inhalasi yang tersedia untuk resep, dokter dan penyedia layanan kesehatan lainnya memerlukan pemahaman dasar ilmu aerosol, formulasi dihirup, perangkat pengiriman, dan bioekivalensi produk untuk meresepkan terapi optimal. Kata kunci: administrasi, aerosol, inhalasi, paru-paru, review Pergi ke: Pengantar Pengembangan terapi inhalansia yang berkhasiat dan aman tidak hanya tergantung pada molekul aktif farmakologi, tetapi juga pada sistem pengiriman yang dirancang dengan baik dan formulasi. Ini adalah
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Pemberian obat paru. Bagian II: Peran perangkat pengiriman inhalansia dan formulasi obat dalam efektivitas terapi obat aerosol
N R Labiris dan M B Dolovich
Penulis Informasi ► Pasal catatan ► Hak Cipta dan Lisensi Informasi ►
Artikel ini telah dikutip oleh artikel lainnya di PMC.
Pergi ke:
Abstrak
Penelitian di bidang pengiriman obat paru telah mengumpulkan momentum dalam beberapa tahun terakhir, dengan meningkatnya minat dalam menggunakan paru-paru sebagai sarana memberikan obat sistemik. Kemajuan teknologi perangkat telah menyebabkan pengembangan lebih sistem pengiriman yang efisien mampu memberikan dosis yang lebih besar dan partikel halus ke dalam paru-paru. Sebagai perangkat pengiriman lebih efisien paru dan formulasi canggih menjadi tersedia, dokter dan profesional kesehatan akan memiliki pilihan berbagai kombinasi perangkat dan formulasi yang akan menargetkan sel-sel atau wilayah tertentu di paru-paru, hindari mekanisme clearance paru-paru dan disimpan dalam paru-paru untuk jangka waktu lebih lama. Sekarang diakui bahwa tidak cukup hanya untuk memiliki terapi inhalasi yang tersedia untuk resep, dokter dan penyedia layanan kesehatan lainnya memerlukan pemahaman dasar ilmu aerosol, formulasi dihirup, perangkat pengiriman, dan bioekivalensi produk untuk meresepkan terapi optimal.
Kata kunci: administrasi, aerosol, inhalasi, paru-paru, review
Pergi ke:
Pengantar
Pengembangan terapi inhalansia yang berkhasiat dan aman tidak hanya tergantung pada molekul aktif farmakologi, tetapi juga pada sistem pengiriman yang dirancang dengan baik dan formulasi. Ini adalah optimalisasi seluruh sistem (obat, obat formulasi dan perangkat) yang diperlukan untuk keberhasilan pengembangan terapi inhalasi, baik baru dan lama, untuk pengobatan penyakit lokal dan sistemik. Obat-perangkat kombinasi harus aerosolize obat dalam distribusi ukuran partikel yang tepat dan konsentrasi untuk memastikan deposisi yang optimal dan dosis di wilayah yang diinginkan dari paru-paru. Dalam Bagian II dari ulasan ini, pengaruh bahwa jenis sistem pengiriman aerosol dan formulasi obat memiliki efektivitas terapi obat yang akan dibahas.
Pergi ke:
Paru pengiriman perangkat
Paru-paru telah menjabat sebagai rute pemberian obat selama ribuan tahun. Asal usul terapi inhalasi dapat ditelusuri kembali 4000 tahun yang lalu ke India, di mana orang merokok daun dari tanaman belladonna Atropa untuk menekan batuk. Pada abad ke-20 ke-19 dan awal, penderita asma merokok asma yang berisi bubuk dicampur dengan tembakau stramonium untuk mengobati gejala penyakit mereka. Pengembangan perangkat inhalasi modern dapat dibagi menjadi tiga kategori yang berbeda (Gambar 1), penyempurnaan dari nebulizer dan evolusi dari dua jenis perangkat portabel kompak, meteran-dosis inhaler (MDI) dan inhaler bubuk kering (DPI) . Keuntungan dan kerugian dari masing-masing sistem akan dibahas di bawah ini dan dirangkum dalam Tabel 1. Ulasan lebih rinci teknologi inhalasi telah diterbitkan sebelumnya [1-6].
Gambar 1
Evolusi perangkat pengiriman paru
Tabel 1
Keuntungan dan kerugian dari perangkat inhalasi
Nebulizers
Nebulizers telah digunakan selama bertahun-tahun untuk mengobati asma dan penyakit pernafasan lainnya. Ada dua tipe dasar nebulizers nebulizer, jet dan ultrasonik. Fungsi nebulizer jet dengan prinsip Bernoulli dimana terkompresi gas (udara atau oksigen) melewati lubang sempit menciptakan daerah tekanan rendah di outlet feed tube yang berdekatan cair. Ini hasil dalam larutan obat yang disusun dari fluida reservoir dan hancur menjadi tetesan dalam aliran gas. The nebulizer ultrasonik menggunakan kristal piezoelektrik bergetar pada frekuensi tinggi (biasanya 1-3 MHz) untuk menghasilkan air mancur cairan di ruang nebulizer, semakin tinggi frekuensi, semakin kecil tetesan yang dihasilkan.
Nebulizers output konstan jet dapat aerosolize solusi obat yang paling dan memberikan dosis besar dengan pasien sangat sedikit koordinasi atau keterampilan. Perawatan menggunakan nebulizers bisa memakan waktu tetapi juga tidak efisien, dengan sejumlah besar pemborosan obat (rugi 50% dengan nebulizers terus dioperasikan [7]). Sementara ini nebulizers pakai yang murah, kompresor memasok udara atau oksigen tidak. Sebagian besar obat yang diresepkan tidak pernah mencapai paru-paru dengan nebulization. Sebagian besar obat ini baik dipertahankan dalam nebulizer (disebut sebagai
volume mati) atau dilepaskan ke lingkungan selama ekspirasi. Rata-rata, hanya 10% dari dosis ditempatkan di nebulizer sebenarnya disimpan di paru-paru [7].
Sifat fisik formulasi obat dapat memiliki efek pada tingkat nebulization dan ukuran partikel. Ketegangan viskositas, kekuatan ion, osmolaritas, pH dan permukaan dapat mencegah nebulization dari beberapa formulasi. Jika pH terlalu rendah, atau jika solusinya adalah hiper-atau hipo-osmolar, aerosol dapat menyebabkan bronkokonstriksi, batuk, dan iritasi mukosa paru-paru [, 8 9]. Selain itu, konsentrasi obat yang tinggi dapat menurunkan output obat dengan beberapa nebulizers, colomycin pada konsentrasi> 75 mg ml-1 busa di semua nebulizers, terutama yang ultrasonik, membuat aerosolisasi obat sangat tidak efisien jika tidak mustahil [8].
Kemajuan teknologi telah menyebabkan perkembangan terbaru dari nebulizers baru yang mengurangi pemborosan obat dan meningkatkan efisiensi pengiriman. Desain pengiriman ditingkatkan (Pari LC Star, Pari, Jerman) meningkatkan produksi aerosol dengan mengarahkan udara tambahan, entrained selama inspirasi, melalui nebulizer, menyebabkan lebih dari aerosol yang dihasilkan akan menyapu keluar dari nebulizer dan tersedia untuk inhalasi. Obat pemborosan selama napas berkurang dengan jumlah aerosol yang dihasilkan oleh laju aliran udara jet yang melebihi volume penyimpanan nebulizer. Adaptive pengiriman aerosol (Halolite, Medic-Aid, Bognor Regis, Inggris) memonitor pola pernapasan pasien dalam tiga napas pertama dan kemudian menargetkan pengiriman aerosol ke dalam 50% pertama dari setiap inhalasi. Hal ini memastikan bahwa aerosol disampaikan kepada pasien selama inspirasi saja, sehingga menghilangkan kerugian obat selama ekspirasi yang terjadi dengan nebulizers output yang berkesinambungan. Hasil dari studi deposisi radiolabelled menunjukkan bahwa 60% dari dosis yang dipancarkan dari perangkat Halolite disimpan di paru-paru, 37% di orofaring dan perut dan hanya 3% yang hilang ke lingkungan [10]. Sejumlah meteran-dosis inhaler cair, termasuk AERx (Aradigm, Hayward, CA, USA), AeroDose (AeroGen, Sunnyvale, CA, USA) dan Respimat (Boehringer Ingelheim, Ingelheim, Jerman), telah dikembangkan yang menghasilkan aerosol baik dalam kisaran terhirup dengan memaksa larutan obat melalui array nozel dengan 30-75% dari dosis yang dipancarkan yang disimpan di paru-paru [6, 11]. Teknologi-teknologi baru telah dibahas secara luas dalam tinjauan baru-baru ini [, 5 6].
Metered dose inhaler
MDI adalah penemuan revolusioner yang mengatasi masalah-masalah nebulizer tangan-bola, sebagai perangkat rawat jalan inhalasi pertama portabel dan perangkat aerosol pengiriman paling banyak digunakan saat ini. MDI memancarkan aerosol obat didorong oleh propelan, seperti chlorofluorocarbons (CFC) dan baru-baru, hydrofluoroalkanes (HFAs) melalui nosel dengan kecepatan tinggi (> 30 ms-1). MDI memberikan hanya sebagian kecil dari dosis obat ke paru-paru. Biasanya, hanya 10-20% dari dosis yang
dipancarkan disimpan dalam paru-paru [3]. Kecepatan tinggi dan ukuran partikel besar semprotan menyebabkan sekitar 50-80% dari aerosol obat untuk dampak di wilayah orofaringeal [12]. Tangan-mulut discoordination merupakan kendala dalam penggunaan optimal MDI. Crompton dan rekan [13] menemukan 51% dari pasien mengalami masalah koordinasi aktuasi perangkat dengan inhalasi, 24% dari pasien menghentikan inspirasi setelah menembakkan aerosol ke dalam mulut, dan 12% terinspirasi melalui hidung bukan mulut ketika aerosol ini digerakkan ke dalam mulut.
Efisiensi pengiriman MDI tergantung pada pola pernapasan pasien, laju aliran inspirasi (IFR) dan tangan-mulut koordinasi. Penelitian oleh Bennett et al [14]. Dan Dolovich et al. [15] menunjukkan bahwa untuk setiap ukuran partikel antara 1 dan 5 pM massa diameter aerodinamis median (MMAD), deposisi lebih tergantung pada IFR daripada variabel lainnya. Peningkatan hasil IFR dalam penurunan dosis paru deposisi total dan penetrasi ke dalam saluran udara perifer. Cepat penarikan (> 60 l min-1) menghasilkan deposisi perifer berkurang karena aerosol yang lebih mudah disimpan oleh impaksi inersia di saluran napas melakukan dan daerah orofaringeal. Ketika aerosol yang terhirup perlahan, pengendapan oleh sedimentasi gravitasi di daerah perifer paru ditingkatkan [16]. Deposisi perifer juga telah terbukti meningkat dengan peningkatan volume tidal dan penurunan frekuensi pernapasan. Sebagai volume dihirup meningkat, aerosol mampu menembus lebih perifer ke paru-paru [17]. Sebuah periode menahan nafas pada saat penyelesaian inhalasi memungkinkan partikel yang menembus pinggiran yang akan disimpan di daerah itu, bukannya dihembuskan selama fase ekspirasi. Dengan demikian, kondisi yang optimal untuk menghirup aerosol MDI berasal dari volume awal setara dengan kapasitas residual fungsional, aktuasi perangkat pada awal inhalasi, IFR dari <60 l min-1 diikuti oleh 10-s nafas-tunggu pada akhir inspirasi [16, 18].
Bermacam-macam tabung spacer yang berbeda, ruang memegang valved dan ekstensi corong telah dikembangkan untuk menghilangkan koordinasi persyaratan, mengurangi 'Freon ® dingin' efek (ketika suhu di bawah titik beku semprot menyebabkan beberapa pasien untuk berhenti menghirup) dan mengurangi jumlah obat disimpan di orofaring dengan mengurangi distribusi ukuran partikel dan memperlambat kecepatan aerosol itu. The aerosol dari ruang MDI dan memegang lebih halus dibandingkan dengan MDI saja, dengan penurunan 25% perkiraan di MMAD dibandingkan dengan aerosol aslinya [19, 20]. Ini aerosol halus lebih merata dalam paru-paru normal, dengan pengiriman meningkat menjadi saluran napas perifer. Namun, pada pasien dengan penghalang jalan nafas, penambahan ruang untuk memegang MDI tidak mengubah distribusi aerosol [21, 22].
Nafas-actuated MDI juga telah dikembangkan untuk menghilangkan kesulitan koordinasi dengan menembak dalam menanggapi dampak inspirasi pasien. Pada pasien dengan teknik MDI miskin, inhaler napas-actuated bertekanan, Autohaler ™ (3M Pharmaceuticals, Minnesota, USA), peningkatan paru deposisi dari 7,2% (dengan MDI konvensional) menjadi 20,8% dari dosis [23]. Namun, napas-actuated MDI tidak membantu pasien yang berhenti menghirup pada saat aktuasi, juga tidak meningkatkan
deposisi paru-paru pada pasien dengan teknik MDI yang baik. Selain itu, dosis orofaringeal tetap sama seperti untuk perangkat MDI. Pasien lebih suka menggunakan ™ Autohaler ke MDI meskipun hasil klinis yang sama [24].
Karena efek merusak terhadap lapisan ozon, CFC telah dilarang oleh PBB sesuai dengan Protokol Montreal [25]. HFAs, khususnya HFA-134a dan HFA-227, telah diidentifikasi sebagai pengganti yang cocok untuk propelan CFC. HFA tidak mengandung klorin dan dengan demikian tidak memiliki potensi ozon. HFA dan CFC propellants memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda. Suhu semprot di HFA-MDI yang di atas pembekuan dibandingkan dengan CFC yang mengandung MDI, yang dapat mengurangi 'Freon ® dingin' efek yang disebabkan oleh propelan CFC. Kekuatan pengaliran dan kecepatan semprot juga berkurang yang dapat menurunkan dosis orofaringeal [26]. Surfaktan telah digunakan di CFC berbasis MDI untuk mencapai stabilitas fisik yang diinginkan dari suspensi, mencegah agregasi partikel obat dan untuk melumasi katup metering. Surfaktan kelarutan berkurang dalam formulasi HFA. Dengan beberapa formulasi HFA, etanol telah digunakan untuk melarutkan surfaktan dalam propelan baru. Beberapa steroid, seperti beklometason dipropionat (BDP), yang larut dalam etanol membentuk solusi daripada suspensi, seperti dalam formulasi CFC-based. Ini HFA-obat solusi dapat menghasilkan aerosol dengan fraksi partikel yang unggul baik dan dapat mencapai deposisi jauh lebih besar ke pinggiran paru-paru [27]. HFA-BDP solusi (Qvar, 3M Pharmaceuticals, St Paul, MN, USA) adalah tambahan-baik solusi aerosol dengan MMAD dari 1,1 pM dengan 97% dari dosis disimpan di bawah laring dalam kisaran terhirup (<4,7 m). Sebagai perbandingan, CFC-BDP suspensi (Beclovent, GlaxoSmithKline, Middlesex, Inggris) memiliki MMAD dari 3,2 pM dengan 77% dari dosis disimpan di bawah laring dalam kisaran terhirup [26]. Dalam vivo deposisi penelitian pada subyek dengan asma menemukan 53% dari dosis yang dipancarkan dari Qvar disimpan di paru-paru, 3,2 kali lipat lebih besar dari 16,2% dari dosis yang dipancarkan dari Beclovent [, 27 28]. Efikasi dan keamanan penelitian telah menunjukkan bahwa ukuran partikel kecil dari solusi HFA-BDP harus diresepkan pada setengah dosis formulasi CFC-BDP untuk mencapai efek terapi yang sama tanpa tambahan efek samping [29].
Serbuk kering inhaler
DPIs dirancang untuk menghilangkan koordinasi kesulitan yang berhubungan dengan MDI. Minat baru dalam sistem pengiriman telah memancar dari urgensi untuk menghilangkan CFC yang mengandung MDI [25]. Ada berbagai perangkat DPI di pasar, dari dosis tunggal perangkat dimuat oleh pasien (misalnya Aerolizer, Rotahaler) untuk multiunit perangkat dosis disediakan dalam kemasan blister (misalnya Diskhaler), dosis beberapa unit disegel dalam lepuh pada strip yang bergerak melalui inhaler (misalnya Diskus) atau reservoir-jenis (bulk bubuk) sistem (misalnya Turbuhaler).
Deposisi paru bervariasi antara DPIs yang berbeda. Sekitar 12-40% dari dosis yang dipancarkan dikirim ke paru-paru dengan 20-25% dari obat yang dipertahankan dalam perangkat [4,, 6 30]. Obat deposisi miskin dengan DPIs dapat dikaitkan dengan deaggregation efisien dari partikel obat baik dari kasar partikel pembawa laktosa atau pelet narkoba. IFR lambat, kelembaban tinggi dan cepat, perubahan besar dalam suhu yang dikenal untuk efek obat dan deaggregation maka efisiensi pemberian obat paru dengan DPIs [31, 32]. Dengan DPIs kebanyakan, pengiriman obat ke paru-paru ditambah dengan inhalasi cepat. Misalnya, Borgstrom dan rekan [33] menunjukkan bahwa peningkatan IFR dari 35 l min-1 sampai 60 l menit-1 melalui ™ Turbuhaler meningkatkan dosis paru total terbutaline dari 14,8% dari dosis nominal menjadi 27,7%. Hal ini berbeda dengan MDI, yang memerlukan inhalasi lambat dan menahan nafas untuk meningkatkan deposisi paru obat. The DPI Spiros, bagaimanapun, deposito lebih signifikan dalam paru-paru ketika IFRS <30 l min-1 digunakan [34].
Dengan DPIs, aerosol obat dibuat dengan mengarahkan udara melalui bubuk longgar. Kebanyakan dari partikel DPIs terlalu besar untuk menembus ke dalam paru-paru karena aglomerat bubuk besar atau adanya partikel pembawa besar (misalnya laktosa). Dengan demikian, dispersi bubuk ke dalam partikel terhirup tergantung pada penciptaan aliran udara turbulen dalam wadah bubuk. Aliran udara turbulen menyebabkan agregat untuk memecah menjadi partikel cukup kecil untuk dibawa ke dalam saluran udara lebih rendah dan juga untuk operator terpisah dari obat [35]. Setiap DPI memiliki hambatan aliran udara yang berbeda yang mengatur upaya inspirasi yang dibutuhkan [36, 37]. Semakin tinggi perlawanan dari perangkat, semakin sulit adalah untuk menghasilkan aliran inspirasi cukup besar untuk mencapai dosis maksimum dari inhaler [38-40]. Namun, pengendapan di paru-paru cenderung meningkat ketika menggunakan tinggi resistensi inhaler (Gambar 2) [19, 40-45].
Gambar 2
Deposisi paru diukur oleh peneliti yang berbeda dari berbagai inhaler bubuk kering (DPIs) vs perlawanan spesifik dari DPI. Peningkatan deposisi dilihat dengan perangkat resistensi yang lebih tinggi mungkin, sebagian, merupakan fungsi dari derajat ...
Perkembangan terkini dalam teknologi DPI telah difokuskan pada menghilangkan masalah ini. DPIs aktif sedang diselidiki yang mengurangi pentingnya upaya inspirasi pasien. Dengan menambahkan baik baling-baling yang digerakkan baterai yang membantu dalam penyebaran bubuk (Spiros, Dura Farmasi, San Diego, CA, USA) atau menggunakan udara bertekanan untuk aerosolize bubuk dan mengubahnya menjadi awan berdiri di ruang holding, yang generasi aerosol terhirup menjadi independen dari upaya inspirasi pasien (Inhance Delivery Sistem paru, Sistem Terapi Tarik nafas, San Carlos, CA, USA). Namun, DPIs yang digunakan saat ini adalah napas digerakkan dan tergantung pada IFR pasien dari 30-130 l min-1 untuk mencapai aerosol dalam rentang terhirup [19].
Pergi ke:
Bioekivalensi obat dihirup
Meskipun jumlah kelas yang berbeda dari obat inhalasi kecil, ada peningkatan jumlah produk dalam setiap kelas. Dengan kebutuhan untuk menghilangkan penggunaan inhaler CFC, baru HFA formulasi MDI dan formulasi DPI sedang diperkenalkan. Setiap obat yang mungkin memiliki sejumlah formulasi yang berbeda dan dikemas dengan perangkat pengiriman berbagai. Setiap perangkat inhalasi, apakah nebulizer, DPI atau MDI, menghasilkan aerosol obat yang berbeda dan dengan demikian, ukuran partikel, dosis terhirup, deposisi paru-paru dan distribusi juga akan berbeda. Akibatnya, obat yang sama dengan dosis nominal yang sama disampaikan dari perangkat yang berbeda atau dalam formulasi yang berbeda mungkin tidak bioekuivalen [46, 47].
Pentingnya pencocokan obat dengan sistem nebulization yang tepat sering diabaikan. Ada variasi yang cukup besar dalam kinerja antara desain nebulizer yang berbeda dan tidak semua merek nebulizer yang ideal untuk semua terapi obat [48-50]. Output obat dan ukuran partikel bervariasi sesuai dengan jenis dan merek nebulizer, volume obat awal, volume residu dan laju alir gas terkompresi [49, 51-53]. Banyak produsen formulasi obat untuk nebulization tidak rutin merekomendasikan nebulizer tertentu atau nebulizer dan kombinasi kompresor yang akan digunakan dengan pengobatan mereka. Akibatnya, berbagai sistem nebulization dapat digunakan untuk aerosolize obat. Hal ini dapat menyebabkan variabilitas dalam dosis disampaikan dan efektivitas terapi. Newman et al [54] dievaluasi empat merek nebulizers jet pada empat tingkat yang berbeda aliran gas dikompresi untuk digunakan dengan gentamisin.. Mereka menemukan perbedaan 10 kali lipat antara sistem pengiriman paling dan paling efisien, menyarankan pasien mungkin underdosing ketika menggunakan sistem nebulizer tidak efisien. Dalam studi lain mengevaluasi kinerja dari 12 nebulizers untuk digunakan dalam pengobatan cystic fibrosis (CF), para peneliti melaporkan variasi luas dalam efisiensi antara nebulizers, dengan persentase obat yang efisien aerosol berkisar antara 30% sampai <5% dari dosis awal [55]. Johnson dan rekan [56] menunjukkan bahwa respon bronkodilator untuk salbutamol secara signifikan lebih besar ketika nebulized menggunakan nebulizer yang menghasilkan aerosol dengan MMD dari 3,3 pM dibandingkan dengan yang dihasilkan aerosol ukuran yang lebih besar (7,7 pM). Sebuah penjelasan yang mungkin untuk ini adalah bahwa sebagian besar partikel aerosol 7,7 pM disimpan di wilayah orofaringeal dan saluran udara yang lebih besar dan karena itu tidak mencapai saluran udara kecil, di mana sebagian besar reseptor β2 berada, dalam jumlah yang cukup untuk merangsang respon bronkodilator setara ke aerosol partikel halus. Dokter mungkin perlu beradaptasi resep untuk kinerja nebulizer tersedia untuk pasien mereka atau menentukan sistem nebulizer / kompresor yang paling efisien untuk memastikan efektivitas terapi optimal obat nebulized.
The reformulasi MDI dengan HFAs dan pengembangan produk inhalasi alternatif lainnya, seperti formulasi bubuk kering, mengharuskan produsen untuk menunjukkan bahwa produk-produk baru bioekuivalen untuk CFC berbasis rekan-rekan mereka. Untuk obat secara oral atau intravena, data bioavailabilitas digunakan untuk memperkuat klaim dari bioekivalensi. Namun, kecuali sensitivitas dari tes narkoba yang tinggi, studi bioavailabilitas bioekivalensi untuk membangun untuk obat inhalasi mungkin tidak [57, 58]. Konsentrasi dalam darah dan urin rendah dan umumnya minimal terdeteksi setelah melahirkan aerosol. Kecuali arang digunakan untuk memblokir penyerapan pencernaan, bisa sulit untuk membedakan apa yang proporsi diserap dari paru-paru dan apa yang diserap dari daerah orofaringeal atau gastrointestinal.
HFA formulasi salbutamol, salmeterol dan flutikason propionat telah terbukti efektif dan aman sebagai formulasi CFC yang ada pada dosis setara, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 [59-61]. Sebaliknya, HFA berbasis BDP MDI (Qvar, 3M Pharmaceuticals) memiliki dosis yang dipancarkan sama seperti CFC-BDP MDI, namun memiliki fraksi partikel yang lebih besar halus dan deposisi paru-paru [27]. Dalam sebuah studi perbandingan langsung pada penderita asma cukup parah, Davies dan rekan menunjukkan bahwa pengobatan 12-minggu dengan Qvar 800 mg setiap hari mengakibatkan perubahan setara dalam fungsi paru sampai 1500 ug beclomethasone CFC-BDP MDI [62]. Dengan demikian, perumusan HFA dari BDP memberikan kontrol atas asma setara dengan formulasi CFC pada setengah dosis harian, dengan profil keamanan yang sama dan distribusi yang lebih merata di paru-paru.
Gambar 3
Perbandingan efek bronchoprotective dari tiga dosis chlorofluorocarbon (CFC) dan hydrofluoroalkane (HFA) berbasis salbutamol pada pasien dengan asma ringan. Dosis-respon kurva salbutamol diplot terhadap PC20 metakolin Proventil-HFA ...
Bimbingan dan rekomendasi untuk membangun pengujian kesetaraan inhaler telah dikembangkan di Kanada [63], Amerika Serikat [64, 65] dan Inggris [66]. Ada empat metode utama yang tersedia untuk menentukan bioekivalensi perangkat hirup yang berbeda. (I) Dalam pengukuran distribusi ukuran partikel vitro. Evaluasi ini telah disukai oleh otoritas pengawas. Namun, ada beberapa kelemahan dari metodologi ini. Pengukuran dilakukan dalam kondisi ambien yang tidak mewakili lingkungan lembab paru-paru. Aerosol obat telah terbukti meningkatkan dalam ukuran ketika terkena kelembaban dan karena deposisi akan diubah. Selain itu, peran paru pertahanan dalam membersihkan obat dari paru-paru akan dihapus dalam studi bangku dan karena prediksi berdasarkan pengukuran partikel tidak mungkin berkorelasi dengan kemanjuran klinis dan keamanan pada pasien [66]. (Ii) Radioaerosol studi deposisi obat, yang menilai pola pengendapan aerosol di paru-paru dan mengukur distribusi. Studi-studi ini harus dilakukan pada pasien dengan penyakit paru-paru bukan sukarelawan sehat, seperti pola pengendapan dapat berubah secara dramatis di hadapan penghalang jalan napas. Dengan radiolabelling
langsung dari obat, parameter farmakokinetik dapat diukur. Namun, sampai saat ini belum diteliti. (Iii) studi farmakokinetik, yang memiliki nilai terbatas karena dosis yang diberikan kecil dan sulit diukur dalam serum sebagai konsentrasi obat sering tidak terdeteksi dan tidak perlu berhubungan dengan dosis yang dikirim ke paru-paru. Studi farmakokinetik biasanya dilakukan pada sukarelawan sehat. Sebagaimana dinyatakan di atas, penyakit paru-paru tidak bisa hanya mengubah deposisi, tetapi juga memiliki efek pada klirens obat dari paru-paru melalui pembersihan mukosiliar dan penyerapan sistemik. (Iv) Perbandingan farmakodinamik, kemanjuran klinis dan studi keamanan merupakan ukuran yang paling dapat diandalkan dari efek menguntungkan dan merugikan dari obat [66]. Namun, banyak studi banding yang dipublikasikan telah kekurangan dalam desain penelitian mereka dan memiliki ukuran sampel yang cukup untuk mengklaim bioekivalensi antara perangkat hirup [67]. Dalam studi kesetaraan dirancang, hipotesis nol tidak kesetaraan tapi inequivalence. Menolak hipotesis ini mengarah pada penafsiran yang tepat dari kedua perawatan yang setara [68]. Lain cacat, terutama dengan bronkodilator, adalah bahwa efek klinis sering diukur dengan menggunakan dosis di dataran tinggi dari kurva dosis-respon. Akibatnya, tidak ada perbedaan dapat diukur antara inhaler dan kesimpulan dari bioekivalensi bisa tidak akurat [69].
Berbagai instansi pemerintah telah membuat rekomendasi tentang bagaimana penelitian bronkodilator harus dilakukan pada pasien dengan asma menggunakan berbagai dosis untuk membentuk kurva dosis-respon [63, 66]. The bioekivalensi keberhasilan klinis harus dilaporkan sebagai potensi relatif (RP) dan didefinisikan sebagai interval kepercayaan 90% dari RP antara 0,67 dan 1,50 [58]. Namun, rekomendasi untuk bioekivalensi keberhasilan klinis kortikosteroid inhalasi belum dibuat. Kesulitan dan kurangnya konsensus dalam memberikan metodologi yang tepat untuk membandingkan kemanjuran klinis dari kortikosteroid inhalasi berbeda telah ditinjau dalam sebuah lokakarya baru-baru ini [70]. Standar untuk evaluasi bioekivalensi terapi inhalasi memerlukan pengembangan lebih lanjut dan implementasi, terutama karena kita bergerak dari mengobati penyakit pernapasan lokal untuk mengobati penyakit sistemik dengan bentuk inhalable obat.
Pergi ke:
Inhalasi formulasi obat
Formulasi obat memainkan peran penting dalam memproduksi obat inhalable yang efektif. Tidak hanya penting untuk memiliki obat yang aktif secara farmakologi, harus efisien disampaikan ke paru-paru, ke situs yang tepat tindakan dan tetap di paru-paru sampai efek farmakologis yang diinginkan terjadi. Sebuah obat yang dirancang untuk mengobati penyakit sistemik, seperti insulin untuk diabetes, harus disimpan di pinggiran paru-paru untuk memastikan bioavailabilitas sistemik maksimal. Untuk terapi gen atau pengobatan antibiotik di CF, tinggal berkepanjangan di paru-paru obat mungkin diperlukan untuk mendapatkan efek terapi yang optimal. Dengan demikian, sebuah formulasi yang dipertahankan dalam paru-paru untuk panjang yang diinginkan waktu dan menghindari mekanisme clearance paru-paru mungkin diperlukan. Penelitian dalam formulasi bubuk kering telah menjadi area pertumbuhan dalam
beberapa tahun terakhir dan akan menjadi fokus dari bagian ini. Merumuskan bubuk kering untuk inhalasi melibatkan baik mikronisasi melalui penggilingan jet, curah hujan, beku-kering atau pengeringan semprot menggunakan berbagai eksipien, seperti lipid dan polimer, atau sistem pembawa seperti laktosa. Masing-masing menawarkan keunggulan tersendiri yang unik serta kerugian, tergantung pada agen terapeutik yang dirumuskan.
Laktosa sistem pembawa
Ketika partikel obat berada dalam kisaran ukuran yang dibutuhkan untuk deposisi paru-paru, kekuatan permukaan listrik yang terkait dengan partikel melebihi gaya gravitasi yang bekerja pada mereka, sehingga dalam pengembangan bubuk kohesif dengan aliran miskin [71]. Untuk mengatasi masalah ini, obat ini dicampur dengan sistem pembawa kasar (30-100 pM), seperti laktosa. Saat ini, dipasarkan inhaler bubuk kering mengandung baik obat saja atau dicampur dengan bulk carrier, biasanya laktosa (α-laktosa monohidrat). Laktosa adalah salah satu dari tiga gula (yang lainnya adalah glukosa dan manitol) diperbolehkan sebagai pembawa oleh Food and Drug Administration.
Laktosa memiliki profil keselamatan yang ditetapkan dan meningkatkan sifat aliran dari formulasi yang diperlukan untuk mengisi direproduksi dan mempromosikan akurasi dosis. Partikel-partikel obat menjadi terikat oleh kekuatan fisik ke situs aktif pada permukaan partikel pembawa (Gambar 4) [72]. Campuran ini memberikan tingkat ketahanan terhadap segregasi yang disebabkan oleh interaksi antara laktosa dan molekul obat, tetapi juga memungkinkan untuk deaggregation obat dari pembawa selama pemberian obat. Setiap obat yang masih mengikuti laktosa setelah aerosol telah dihasilkan akan disimpan di wilayah orofaringeal, yang memiliki potensi untuk menimbulkan efek samping lokal, seperti dalam kasus kortikosteroid inhalasi.
Gambar 4
Elektron mikrograf dari campuran sulfat-laktosa bubuk 2% albuterol. (A) Tomahawk berbentuk laktosa partikel dengan obat pada permukaannya. (B) perbesaran yang lebih tinggi menunjukkan partikel obat individu (kristal memanjang) pada laktosa. (Dicetak ulang dengan ...
Saat ini, fraksi terespirasi dari formulasi DPI kebanyakan operator berbasis relatif rendah, hanya 10% dari total dosis yang dikirimkan ke saluran udara lebih rendah. Untuk meningkatkan efisiensi pengiriman, efek meningkatkan kekasaran permukaan partikel laktosa telah diselidiki. Kawashima dan rekan [73] menunjukkan bahwa peningkatan kekasaran permukaan tidak meningkatkan dosis
dipancarkan karena laktosa dapat membawa partikel obat yang lebih, tetapi menurunkan fraksi terhirup. Mencampur partikel halus laktosa (sekitar 5 pM) dengan laktosa kasar tidak meningkatkan deaggregation, serta meningkatkan fraksi partikel halus dari formulasi. Partikel-partikel obat berinteraksi dengan kedua partikel laktosa halus dan kasar. Pembebasan obat dari permukaan halus laktosa dapat terjadi lebih mudah daripada dari partikel kasar, karena partikel kecil memiliki tingkat yang lebih rendah dari kekasaran permukaan [74, 75]. Dengan demikian, fraksi terhirup dari formulasi meningkat dengan adanya partikel halus laktosa, sedangkan flowabilitas bedak yang dikelola oleh partikel laktosa kasar. Pendekatan lain adalah formulasi modifikasi sifat permukaan pembawa atau 'corrasion' [76, 77]. Hal ini dilakukan dengan menambahkan komponen terner, seperti L-leusin, untuk formulasi. Ini adalah hipotesis bahwa agen terner menurunkan kekuatan interaksi antara obat dan sistem pembawa oleh menduduki energi tinggi situs mengikat yang seharusnya ditempati oleh partikel obat. Situs energi yang lebih rendah mengikat partikel pembawa akan mengikat partikel obat, sehingga meningkatkan dispersibilitas obat, dan dengan demikian fraksi terhirup dari formulasi.
Liposom
Pelepasan berkelanjutan dari aerosol terapi dapat memperpanjang kediaman obat diberikan di daerah saluran udara atau alveoli, meminimalkan risiko efek samping dengan menurunkan tingkat penyerapan sistemik, dan meningkatkan kepatuhan pasien dengan mengurangi frekuensi dosis. Sebuah formulasi berkelanjutan-release harus menghindari mekanisme clearance dari paru-paru, eskalator mukosiliar dari saluran udara melakukan dan makrofag alveolar di wilayah.
Liposom, sebagai kendaraan pengiriman obat paru, telah dipelajari selama bertahun-tahun dan digunakan sebagai sarana memberikan fosfolipid ke permukaan alveolar untuk pengobatan sindrom gangguan pernafasan neonatal. Baru-baru ini, mereka telah diteliti sebagai kendaraan untuk berkelanjutan-release terapi dalam pengobatan paru-paru, terapi gen penyakit dan sebagai metode memberikan agen terapeutik ke permukaan alveolar untuk pengobatan penyakit sistemik.
Liposom dapat diproduksi dari berbagai fosfolipid dari sumber alami, yang endogen ke paru-paru dan yang membawa baik tidak ada biaya atau biaya negatif atau positif bersih [78, 79]. Mereka terdiri dari volume air terjebak oleh satu atau lebih bilayers lipid alami atau sintetis dengan atau tanpa kolesterol. Mereka ada baik sebagai bola bilayer lipid tunggal (unilamellar) atau sebagai vesikel multilayer (multilamellar) (Gambar 5) [80]. Mereka mampu encapsulating berbagai obat-obatan dengan berbagai lipophilicities. Obat lipofilik, seperti kortikosteroid, intercalate di bilayers lipid, sementara yang lain berinteraksi dengan antarmuka bilayer. Hidrofilik obat, seperti natrium kromoglikat, partisi di ruang berair (Gambar 5). Obat dengan kelarutan menengah yang buruk dipertahankan dalam liposom. Namun,
ketika obat adalah asam lemah atau basa lemah, komposisi pH dan kimia dari kompartemen berair internal dapat dimanipulasi sehingga obat berkonsentrasi di bagian dalam liposom, mengakibatkan tingkat tinggi retensi [81].
Gambar 5
Jenis liposom
Liposom adalah pembawa obat yang sangat serbaguna. Mereka dapat dibentuk dari berbagai lipid yang mengarah ke berbagai sifat physiochemical yang dapat mengubah efisiensi perangkap dan tingkat pelepasan obat. Sifat physiochemical, seperti ukuran liposom, fluiditas bilayer, muatan permukaan, serta metode persiapan, mempengaruhi mereka dalam perilaku vivo. Ukuran vesikel dan jumlah bilayers merupakan parameter penting dalam menentukan beredar setengah-hidup dan tingkat enkapsulasi obat [82]. Liposom kecil (≤ 0,1 m) yang opsonized kurang cepat dan pada tingkat lebih rendah dibandingkan liposom besar (> 0,1 um) dan karena itu lebih lama beredar setengah-hidup. Liposom kecil juga memiliki laju pelepasan lambat. Niven et al [83] menunjukkan bahwa 80 menit setelah nebulization dari persiapan liposomal, vesikel multilamellar besar kehilangan 77% dari konten mereka sementara vesikel dengan diameter 0,2 m hilang hanya 8%.. Rentang ukuran yang diinginkan untuk aplikasi klinis telah diusulkan untuk menjadi 50-200 nm diameter. Liposom ukuran ini akan menghindari fagositosis oleh makrofag dan masih perangkap beban obat yang berguna [81].
Fluiditas bilayer juga mempengaruhi perilaku liposom. Lipid memiliki suhu transisi fase karakteristik (Tc). Tc tergantung pada panjang dan saturasi rantai asam lemak dan dapat bervariasi dari -20 ° C sampai 90 ° C. Lipid yang ada di negara-negara fisik yang berbeda atas dan di bawah suhu ini. Di bawah Tc, lipid berada dalam pengaturan, kaku tertata baik (fase gel), dan di atas Tc dalam keadaan-kristal cair (fase cairan). Kehadiran lipid Tc tinggi (Tc> 37 ° C) membuat lapisan ganda liposom kurang cairan pada suhu fisiologis dan dengan demikian, kurang bocor. Fluiditas bilayer muncul juga untuk mempengaruhi interaksi liposom, dengan makrofag dengan lipid Tc tinggi memiliki serapan rendah [82]. Pendirian kolesterol ke dalam lapisan ganda lipid mempengaruhi fluiditas. Pada konsentrasi tinggi (> 30 persen molar), kolesterol dapat menghilangkan fase transisi, membuat liposom lebih stabil dan kurang bocor [78, 84, 85].
Jenis dan kepadatan muatan pada permukaan liposom juga parameter penting. Sebuah muatan negatif menurunkan agregasi liposom dan meningkatkan efisiensi enkapsulasi, namun meningkatkan liposom-sel dan interaksi liposom dibebankan dapat dibersihkan lebih cepat dibandingkan liposom netral. Liposom kationik telah dipelajari secara ekstensif sebagai kendaraan pengiriman nonviral untuk terapi gen, termasuk gen CFTR pengiriman untuk CF [, 79 86, 87]. Materi genetik bermuatan negatif tidak
dirumuskan oleh liposom tetapi kompleks dengan lipid kationik oleh interaksi elektrostatik (Gambar 6). Tidak seperti liposom anionik, kationik liposom memberikan isinya ke sel oleh fusi dengan membran sel.
Gambar 6
Mikroskop kekuatan atom (AFM) gambar DNA plasmid gratis, liposom kationik gratis (menggunakan turunan kolesterol) dan kompleks mereka. Pembentukan kompleks menyebabkan perubahan dalam bentuk dan ukuran liposom seperti pada (c) dan (d). (A) Gratis ...
Liposom, seperti partikel lainnya dihirup mencapai alveoli, yang dibersihkan oleh makrofag. Tidak seperti partikel inhalasi lainnya, nasib liposom dapat memiliki nasib yang sama dengan lipid endogen. Pengolahan, penyerapan dan daur ulang dari fosfolipid liposomal terjadi melalui mekanisme yang sama seperti surfaktan endogen melalui sel-sel alveolar tipe II [78]. Sebuah pencarian untuk formulasi liposomal yang akan menghindari pengakuan dan serapan dari sistem kekebalan tubuh dan memperpanjang tinggalnya menyebabkan pengembangan liposom dengan lapisan permukaan polimer, seperti polietilen glikol (PEG) (Gambar 5). Formulasi ini dikenal sebagai liposom sterik stabil atau ™ Stealth liposom (Sequus Farmasi, Menlo Park, CA, USA). Lapisan polimer hidrofilik menarik air ke permukaan liposom, mencegah asosiasi dan mengikat opsonins ke liposom, sehingga menghambat proses molekuler tubuh pengakuan label molekul sebagai asing untuk penyerapan berikutnya dan penghapusan oleh makrofag, dan kemudian memperpanjang waktu peredarannya [ 81, 88, 89].
Formulasi liposomal juga dapat mengambil keuntungan dari opsonisasi oleh makrofag ketika mengobati infeksi pernapasan intraselular, seperti Francisella tularenis, yang berada dan berkembang biak di makrofag. Dalam sebuah studi pada mencit yang diinfeksi dengan F. tularenis, tikus yang diobati dengan liposom-encapsulated ciprofloxacin bertahan 15 hari pasca infeksi dibandingkan dengan angka kematian 100% dalam kelompok diobati dengan ciprofloxacin gratis oleh hari 9 pasca infeksi [90]. Karena liposom secara alami diambil oleh makrofag, pengiriman intraseluler efisien liposom dapat menjelaskan kemanjuran unggul dari formulasi ciprofloxacin liposomal.
Pengiriman paru formulasi liposomal antibiotik untuk mengobati infeksi pernafasan juga tampaknya menjanjikan. Liposom-encapsulated tobramycin, gentamisin dan ciprofloxacin telah diteliti dalam studi hewan beberapa [90-92]. Penelitian telah menunjukkan berkelanjutan-release sifat, serta peningkatan kerentanan bakteri terhadap antibiotik liposom-encapsulated. Waktu retensi berkepanjangan paru dicapai dengan formulasi liposomal tobramycin dibandingkan dengan obat bebas setelah pembangkitan berangsur-angsur intratracheal ke dalam paru-paru tikus yang terinfeksi bakteri Pseudomonas aeruginosa. Enam belas jam administrasi pos, tobramycin liposomal masih ada di paru-paru, dibandingkan dengan hanya 15 menit dengan formulasi tobramycin bebas [92]. Peningkatan efikasi juga
mencatat dengan formulasi bubuk kering dari tobramycin liposom-encapsulated. Satu, 3 dan 6 jam setelah pembangkitan berangsur-angsur intratracheal ke paru-paru model tikus serupa infeksi P. aeruginosa, tidak ada perbedaan yang signifikan antara kelompok narkoba. Namun, 16 jam setelah pengobatan, pembentuk koloni Unit (CFU) dalam jumlah tikus yang diobati dengan formulasi liposom terus menurun dari 1,4 × 106 CFU paru-1 pada awal, menjadi 4,3 × 105 CFU paru-1 dibandingkan dengan peningkatan menjadi 1,3 × 108 CFU paru-1 pada kelompok tobramycin bebas [91].
Persiapan liposomal obat antiasthma berbagai, termasuk salbutamol, kromoglikat natrium, terbutaline, dan kortikosteroid, telah dipelajari. Penelitian pada hewan telah menunjukkan berkelanjutan-release profil dan efek sistemik berkurang [80]. Sejumlah terbatas studi klinis kecil telah melaporkan temuan serupa. Sebuah studi farmakokinetik dalam lima sukarelawan dewasa yang sehat membandingkan nebulization dari formulasi liposomal kromoglikat natrium dengan obat bebas ditemukan bahwa formulasi liposom-encapsulated menunjukkan retensi paru berkepanjangan [93]. Nebulization dari dua formulasi liposomal radiolabelled dari BDP sampai 11 sukarelawan yang sehat menunjukkan penetrasi paru-paru yang baik dan clearance lambat dari radiolabel, menunjukkan bahwa formulasi liposomal dapat bertindak sebagai reservoir berkelanjutan-release lokal [94].
Kortikosteroid Kebanyakan lipofilik dan mudah harus dimasukkan dalam liposom. Hal ini, bagaimanapun, tidak ternyata benar untuk semua kortikosteroid. Ketika dilarutkan dalam volume yang lebih besar, apakah ruang nebuliser atau bahkan di paru-paru, liposom kortikosteroid cenderung kehilangan isinya dalam pola biphasic ditentukan oleh koefisien partisi mereka. Misalnya, triamcinolone acetonide liposom yang stabil dalam dispersi lipid, tetapi ketika diencerkan dalam volume air yang besar dari paru-paru steroid dengan cepat dilepaskan dari liposom dan diserap secara sistemik. Formulasi yang disediakan tidak rilis berkelanjutan atau paru-paru penargetan. Sebaliknya, pro-obat hidrofilik triamcinolone acetonide fosfat dikemas dalam liposom menghasilkan profil berkelanjutan-release, hampir dua kali lipat durasi hunian paru reseptor glukokortikoid relatif terhadap obat gratis [80].
Dengan fleksibilitas liposom sebagai pembawa obat, di masa depan kita mungkin melihat liposom memainkan peran penting dalam pengiriman paru untuk terapi gen, berkelanjutan-release persiapan dan untuk menargetkan sel-sel spesifik untuk mengobati infeksi intraseluler dan sel-sel tumor lokal.
Berpori-pori besar partikel
Sebuah jenis baru dari formulasi aerosol adalah partikel besar berongga berpori, disebut Pulmospheres ™ (Gambar 7) [95]. Mereka memiliki kepadatan partikel rendah, dispersibilitas yang sangat baik dan
dapat digunakan di kedua MDI dan sistem pengiriman DPI [96]. Partikel-partikel ini dapat disiapkan dengan menggunakan bahan pengisi polimer atau nonpolymeric, dengan penguapan pelarut dan pengeringan semprot teknik [97]. Pulmospheres ™ terbuat dari fosfatidilkolin, komponen utama dari surfaktan paru-paru manusia. Mereka siap dalam proses dua langkah. Pada langkah pertama, suatu emulsi minyak dalam air disusun dengan menggunakan minyak, seperti perflubron atau perfluoroctyl etana [96]. Fasa minyak berfungsi sebagai 'blowing agent' selama langkah pengeringan semprot, memperlambat penyusutan tetesan sekaligus menciptakan pori-pori di permukaan partikel. Langkah kedua dalam persiapan adalah semprot pengeringan emulsi.
Gambar 7
Confocal mikroskop gambar partikel berpori besar (pulmospheres). (A) Poli (asam laktat-co-asam glikolat) (PLGA) partikel dengan diameter 8,5 m dan kepadatan sebesar 0,1 g cm-3. Ganda emulsi teknik penguapan pelarut yang digunakan ...
Bubuk terapi tradisional terdiri dari partikel dengan kerapatan massa 1 ± 0,5 g cm-3 dan berarti diameter geometrik <5 pM untuk memaksimalkan deposisi perifer. Pulmospheres ™ lebih ringan dan lebih besar dari partikel bubuk kering khas dengan kepadatan massa sekitar 0,4 cm diameter g-3 dan geometris> 5 pM. Berdasarkan karakteristik berlubang dan keropos, Pulmospheres ™ menimbulkan diameter aerodinamis yang lebih kecil dari diameter geometrik mereka. Karena ukurannya yang besar dan kepadatan massa rendah, partikel dapat aerosolize lebih efisien (agregasi kurang) dari partikel yang lebih kecil tidak keropos, sehingga fraksi terespirasi lebih tinggi dari formulasi. Pulmospheres Cromolyn ™ memiliki fraksi terhirup (<5 m) dari 68% dibandingkan dengan 24% dengan partikel cromolyn micronized (Intal) [98]. Peningkatan hasil fraksi terhirup dalam peningkatan deposisi perifer dan dengan demikian persyaratan dosis yang lebih rendah untuk mencapai efek terapi yang sama. Penurunan deposisi orofaringeal dari Pulmospheres ™ juga mengurangi risiko efek samping lokal.
Ukuran besar Pulmospheres ™ memungkinkan mereka untuk tetap di wilayah alveolar lebih lama daripada rekan-rekan mereka yang tidak keropos dengan menghindari izin fagositik. Setelah administrasi intratracheal ke tikus, hanya 8% dan 12,5% dari makrofag mengandung Pulmospheres ™ partikel segera dan 48 jam setelah terhirup, masing-masing, dibandingkan dengan 30% dan 39% dari makrofag yang mengandung partikel keropos selama interval waktu yang sama [95].
Ia juga telah menunjukkan bahwa Pulmospheres ™ dapat meningkatkan bioavailabilitas sistemik obat-obatan tertentu. Edwards dan rekan [95] juga telah menunjukkan peningkatan bioavailabilitas sistemik insulin dan testosteron menggunakan teknologi ini, membuat Pulmospheres ™ menarik untuk terapi
inhalasi sistemik, serta untuk berkelanjutan-release terapi, dengan dosis setiap 1-2 hari sambil menghindari lokal efek samping.
Biodegradable polimer
Selain liposom, biodegradable polimer mikrosfer saat ini sedang dipelajari sebagai berkelanjutan-release pembawa obat paru. Polimer seperti poli (asam laktat) (PLA) yang digunakan dalam aplikasi medis seperti jahitan, implan ortopedi dan dressing medis, dan poli (asam glikolat) telah diselidiki. Namun, PLA mungkin tidak cocok untuk pengiriman paru karena biologis panjang paruh dengan dosis terjadi sekali setiap beberapa minggu. Percobaan dalam rilis vitro menunjukkan berkelanjutan-release dari BDP terperangkap dalam PLA mikrosfer yang terjadi selama 6 hari, dan lebih dari 8 hari untuk natrium nedokromil PLA mikrosfer [99]. Asam Oligolactic, suatu oligomer asam laktat, memiliki waktu paruh pendek-biologis daripada PLA dan karena itu mungkin akan lebih cocok untuk pengiriman obat paru. Polimer mukoadhesif, hidroksipropil selulosa (HPC), telah ditunjukkan untuk memperpanjang profil farmakokinetik dan farmakodinamik dari BDP kristal dengan menghindari kliren mukosiliar [100]. Setelah pemberian bubuk aerosol untuk kelinci percobaan, kesiapsiagaan bencana berbasis komunitas / HPC mikrosfer ditahan di paru-paru lebih dari kesiapsiagaan bencana berbasis komunitas sendiri, dengan 86% dari BDP tersisa di 180 menit dibandingkan dengan <20% dengan kesiapsiagaan bencana berbasis komunitas saja. Menggunakan efek penghambatan BDP pada akumulasi eosinofil saluran napas sebagai ukuran keberhasilan, kesiapsiagaan bencana berbasis komunitas / HPC mikrosfer mempertahankan kerja obat selama 24 jam dibandingkan dengan 1-6 jam dengan kesiapsiagaan bencana berbasis komunitas. Meskipun jumlah terbatas penelitian telah diterbitkan di daerah ini, yang berkelanjutan-release profil dicapai dengan kortikosteroid terlihat menjanjikan. Namun, toksisitas jenis formulasi belum ditetapkan untuk pengiriman paru.
Pergi ke:
Kesimpulan
Sebagai perangkat pengiriman lebih efisien paru dan formulasi canggih menjadi tersedia, dokter dan profesi kesehatan akan memiliki pilihan berbagai kombinasi perangkat dan formulasi yang akan menargetkan sel-sel atau wilayah tertentu di paru-paru, hindari mekanisme clearance paru-paru dan disimpan dalam paru-paru untuk jangka waktu lebih lama. The, lebih efisien user-friendly perangkat pengiriman memungkinkan untuk dosis kecil penyampaian total, menurunkan efek samping yang tidak diinginkan dan meningkatkan efektivitas klinis dan kepatuhan pasien.
Pemberian obat paru. Bagian I: faktor fisiologis yang mempengaruhi efektivitas terapi obat aerosol
N R Labiris dan M B Dolovich
Penulis Informasi ► Pasal catatan ► Hak Cipta dan Lisensi Informasi ►
Artikel ini telah dikutip oleh artikel lainnya di PMC.
Pergi ke:
Abstrak
Sebagai organ akhir untuk pengobatan penyakit lokal atau sebagai rute administrasi untuk terapi sistemik, paru-paru adalah target yang sangat menarik untuk pengiriman obat. Ini menyediakan akses langsung ke penyakit dalam pengobatan penyakit pernapasan, sambil memberikan area permukaan besar dan enzimatik yang relatif rendah, lingkungan yang terkendali untuk penyerapan sistemik obat. Sebagai pelabuhan utama masuk, paru-paru telah berkembang untuk mencegah invasi dari partikel udara yang tidak diinginkan masuk ke dalam tubuh. Geometri Airway, kelembaban, clearance mukosiliar dan makrofag alveolar memainkan peran penting dalam menjaga sterilitas paru-paru dan akibatnya hambatan bagi efektivitas terapi obat hirup. Selain itu, khasiat obat ini dapat dipengaruhi oleh mana pada saluran pernapasan itu disimpan, dosisnya disampaikan dan penyakit itu mungkin mencoba untuk mengobati.
Kata kunci: administrasi, aerosol, inhalasi, paru-paru, review
Pergi ke:
Pengantar
Obat dihirup telah tersedia selama bertahun-tahun untuk pengobatan penyakit paru-paru dan secara luas diterima sebagai rute yang optimal dari pemberian terapi lini pertama untuk asma dan penyakit paru obstruktif kronik. Dalam beberapa tahun terakhir, paru-paru telah diteliti sebagai rute yang mungkin administrasi untuk pengobatan penyakit sistemik, seperti diabetes mellitus. Di balik gelombang obat inhaleable baru adalah pengembangan terbaru dari perangkat inhalasi baru yang memungkinkan untuk memberikan dosis obat yang lebih besar (miligram dibandingkan dengan dosis mikrogram) pada saluran udara dan mencapai efisiensi deposisi lebih besar dari perangkat yang lebih tua (> 50% paru deposisi vs ≤ 20% dengan perangkat yang lama) [1].. Untuk paru-paru menjadi organ target atau rute pemberian, jumlah yang tepat obat harus disimpan melewati wilayah orofaringeal untuk mencapai efektivitas terapi. Situs pengendapan, yaitu pada pusat atau perifer saluran udara, dan apakah distribusi obat hirup yang seragam atau tidak seragam juga mungkin memainkan peran dalam efektivitas obat hirup ini. Saat ini, ada lebih dari 65 produk inhalasi berbeda dari lebih dari 20 bahan aktif dipasarkan untuk mengobati penyakit pernapasan [2]. Meskipun meluasnya penggunaan obat yang dihirup,
pengetahuan kita terbatas berkaitan dengan paru-paru deposisi situs yang optimal, untuk respon terapi lokal, faktor-faktor yang menentukan penyerapan, clearance, dan peran sirkulasi bronkial bermain di redistribusi agen inhalasi.
Di masa mendatang, tidak hanya akan kita lihat terapi inhalasi lebih efisien dan lebih berkhasiat untuk penyakit pernapasan, namun pengenalan ke pasar inhaleables untuk terapi gen dan pengobatan penyakit sistemik. Dengan lebih menekankan pada paru-paru sebagai rute administrasi, dokter, apoteker dan profesional kesehatan lainnya perlu memiliki pemahaman dasar ilmiah di balik pemberian obat paru. Bagian I ulasan ini pada pemberian obat paru membahas faktor fisiologis yang mempengaruhi efektivitas terapi terapi obat dihirup, termasuk ukuran partikel aerosol, geometri saluran napas, paru-paru mekanisme clearance, dan penyakit paru-paru. Dalam Bagian II, kita mempertimbangkan peran perangkat pengiriman inhalansia dan formulasi obat dalam efektivitas terapi obat aerosol.
Pergi ke:
Optimal situs pengendapan untuk pengobatan penyakit paru-paru
Menghirup obat untuk pengobatan penyakit lokal seperti asma, penyakit paru obstruktif kronik (PPOK), cystic fibrosis, dan bronkitis kronis, telah menjadi biasa selama bertahun-tahun. Keuntungan dari dihirup melalui pengiriman sistemik obat ini tercantum dalam Tabel 1 [3].
Tabel 1
Keuntungan dari pengiriman paru obat untuk mengobati penyakit pernapasan dan sistemik.
Efek terapeutik terapi aerosol tergantung pada dosis disimpan dan distribusi di dalam paru-paru. Pengaruh yang terakhir pada efektivitas terapi inhalasi kurang jelas. Ruffin dan rekan [4] menunjukkan bahwa dosis kecil aerosol histamin disimpan terutama di budidayanya besar (pusat) saluran udara sama efektifnya dalam meningkatkan obstruksi jalan napas sebagai dosis 11 kali lipat lebih besar dari aerosol histamin disimpan difus, menunjukkan bahwa reseptor untuk histamin berada terutama di saluran napas besar dan bahwa konsentrasi permukaan obat mempengaruhi respon.
Jika aerosol obat disampaikan pada dosis suboptimal atau bagian dari paru-paru tanpa penyakit yang ditargetkan atau reseptor, efektivitas terapi mungkin dikompromikan. Reseptor untuk agonis β2, salbutamol dan muscarinic-3 (M3) antagonis, ipratropium bromida tidak terdistribusi secara merata di
seluruh paru-paru. Penelitian telah menunjukkan autoradiografik β2 reseptor adrenergik hadir dalam kepadatan tinggi dalam epitel saluran napas dari bronki besar ke bronchioles terminal. Airway otot polos memiliki kepadatan β-reseptor yang lebih rendah, lebih besar daripada di bronchioles bronki [5]. Namun,> 90% dari semua reseptor β berada di dinding alveolar, sebuah wilayah di mana tidak ada otot polos dan ada yang fungsional signifikansi tidak diketahui. Penelitian lain telah menunjukkan autoradiografik kepadatan tinggi reseptor M3 di kelenjar submukosa dan ganglia saluran napas dan kepadatan moderat dalam otot-otot halus di seluruh saluran napas, saraf di bronkus intrapulmonal dan dinding alveolar [6]. Lokasi reseptor di paru-paru menunjukkan bahwa ipratropium bromida perlu disampaikan ke saluran udara melakukan, sementara salbutamol membutuhkan pengiriman lebih perifer ke media dan saluran udara kecil untuk menghasilkan efek terapeutik. Berbeda dengan bronkodilator, inhalasi anti-inflamasi terapi mungkin paling menguntungkan saat merata di seluruh paru-paru, karena sel-sel inflamasi, seperti eosinofil, limfosit, makrofag dan sel dendritik, yang hadir di seluruh saluran udara dan jaringan alveolar pada asma [7, 8].
Karena ukuran partikel mempengaruhi deposisi paru-paru dari aerosol, juga dapat mempengaruhi efektivitas klinis dari obat. Johnson dan koleganya menunjukkan bahwa respon bronkodilatasi dosis kumulatif ipratropium bromida disampaikan baik sebagai aerosol 3.3-pM atau 7,7-pM adalah identik, sedangkan respon terhadap salbutamol secara signifikan lebih besar dengan lebih halus (3,3 pM) aerosol, menunjukkan aerosol obat penargetan ke lokasi reseptor dalam paru-paru tidak mempengaruhi efektivitas (Gambar 1) [9]. Rees et al. [10] melaporkan efek klinis bervariasi dari 250 ug terbutaline aerosol dari inhaler dosis terukur (MDI) diberikan sebagai tiga ukuran partikel yang berbeda: <5 m, pM 5-10 dan 10-15 pM. Pada penderita asma, peningkatan terbesar dalam volume ekspirasi paksa dalam 1 (FEV1) konduktansi s, saluran napas yang spesifik (sGaw) dan aliran sebesar 50% dari kapasitas vital (V50) ditemukan dengan ukuran partikel terkecil (<5 m), menunjukkan bahwa aerosol partikel yang lebih kecil adalah jauh lebih efektif daripada aerosol partikel yang lebih besar ukuran dalam memproduksi bronkodilatasi karena memiliki penetrasi terbaik dan retensi di paru-paru di hadapan penyempitan saluran napas. Menggunakan tiga monodisperse aerosol salbutamol [massa diameter aerodinamis median (MMAD) dari 1,5 pM, 2,8 m, 5 m], Zanen dan rekan [11] menunjukkan pada pasien dengan asma ringan sampai sedang yang 2,8 pM partikel aerosol ukuran menghasilkan bronkodilatasi unggul dibandingkan dengan dua aerosol lainnya. Pada pasien dengan obstruksi aliran udara yang parah (FEV1 <40%), Zanen et al. [12] menunjukkan bahwa ukuran partikel yang optimal untuk β2 agonis atau aerosol antikolinergik adalah sekitar 3 m. Mereka memeriksa efek pada fungsi paru-paru dosis yang sama dari tiga ukuran yang berbeda dari aerosol monodisperse, 1,5 m, 2,8 m, dan 5 m, dari salbutamol dan ipratropium bromida. Temuan mereka menunjukkan bahwa partikel kecil menembus lebih dalam ke paru-paru dan dengan demikian, lebih efektif melebarkan saluran napas kecil daripada partikel yang lebih besar, yang disaring di saluran udara bagian atas. The aerosol 1.5-pM diinduksi bronkodilatasi secara signifikan kurang dari aerosol 2.8-pM, menyarankan ini aerosol baik dapat disimpan terlalu perifer untuk menjadi efektif karena otot polos tidak hadir di wilayah alveolar.
Gambar 1
Pengaruh ukuran partikel aerosol obat pada keberhasilan terapi. (A) Persentase peningkatan volume ekspirasi paksa dalam 1 s (FEV1) setelah menghirup aerosol dua ukuran yang berbeda dari salbutamol, 3,3 m dan 7,7 m. Dosis-respon ...
Situs optimal pengendapan di saluran pernapasan untuk antibiotik aerosol tergantung pada infeksi dirawat. Banyak pneumonia merupakan campuran tracheobronchitis purulen dan infeksi alveolar. Terapi yang sukses secara teoritis akan memerlukan antibiotik yang akan merata di seluruh paru-paru. Namun, mereka yang berada di daerah alveolar mungkin akan mendapat manfaat dari deposisi perifer lebih besar. Pneumocystis carinii pneumonia, infeksi yang mengancam jiwa yang paling umum di antara pasien terinfeksi HIV, ditemukan didominasi dalam ruang alveolar dengan relaps terjadi di daerah apikal paru-paru setelah pengobatan dengan inhalasi pentamidin diberikan sebagai aerosol MMAD 1-m [13] . Mekanisme ini disarankan untuk kambuh atipikal adalah deposisi apikal miskin aerosol. Regional perubahan hasil tekanan intrapleural di daerah paru-paru yang lebih rendah menerima relatif lebih dari volume terinspirasi dari paru-paru bagian atas ketika duduk dalam posisi tegak atau berdiri. Ini berpengaruh pada deposisi telah terbukti terjadi dalam model eksperimental paru menganalisis situs deposisi aerosol dalam paru-paru normal. Percobaan menunjukkan 2: 1 rasio deposisi keseluruhan untuk aerosol 4 pM diameter aerodinamis antara lobus bawah dan atas ketika dalam posisi tegak [14]. Baskin dan rekan [13] menunjukkan bahwa gradien ini dapat dikurangi dengan pemberian pentamidin aerosol untuk pasien dalam posisi terlentang. Dengan demikian, menerima pentamidin aerosol dalam posisi terlentang dapat mengurangi risiko kambuh di lobus apikal paru-paru dengan meningkatkan jumlah antibiotik disimpan di daerah paru-paru bagian atas. Teori ini masih harus dibuktikan dalam percobaan klinis.
Infeksi paru-paru kronis dengan Pseudomonas aeruginosa pada pasien dengan cystic fibrosis (CF) atau non-CF bronkiektasis berada dalam lumen saluran napas dengan invasi terbatas parenkim paru [15, 16]. Infeksi dimulai di saluran udara kecil, bronchioles, dan bergerak ke saluran udara yang lebih besar. Situs optimal deposisi untuk terapi antimikroba inhalasi karena itu akan menjadi distribusi seragam pada saluran udara melakukan. Lendir colokan di bronkus dan bronkiolus dapat mencegah pengendapan aerosol partikel kecil bahkan di daerah distal dengan obstruksi jalan nafas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, mungkin daerah infeksi tertinggi, dan dengan demikian dapat membatasi efektivitas terapi antibiotik aerosol [17 - 19].
Gambar 2
Positron emisi irisan emission tomography untuk semua tiga pesawat setelah menghirup 18fluorodeoxyglucose (18FDG) dari dua ukuran partikel yang berbeda pada pasien cystic fibrosis [usia 23; volume ekspirasi paksa dalam 1 (FEV1)% s 57 dari diprediksi]. (A) ...
Pergi ke:
Optimal situs pengendapan untuk pengobatan penyakit sistemik
Pemberian obat paru menawarkan beberapa keunggulan sebagai rute administrasi untuk pengobatan penyakit sistemik dibandingkan dengan intravena, oral, bukal, transdermal, pemberian vagina, hidung atau mata. Keuntungan administrasi paru tercantum dalam Tabel 1 [20-23]. Sampai saat ini, aerosol pengiriman obat telah terbatas pada terapi topikal untuk paru-paru dan hidung. Faktor utama untuk pembatasan ini adalah inefisiensi perangkat inhalasi yang tersedia bahwa deposit hanya 10-15% dari dosis yang dipancarkan di paru-paru. Sementara dosis paru tepat steroid dan bronkodilator dapat dicapai dengan perangkat tersebut, untuk terapi sistemik sejumlah besar obat yang diperlukan untuk mencapai tingkat obat terapeutik, secara sistemik. Kemajuan terbaru dalam teknologi aerosol dan formulasi telah menyebabkan pengembangan sistem pengiriman yang lebih efisien dan yang menghasilkan aerosol partikel kecil yang memungkinkan dosis obat yang lebih tinggi yang akan disimpan di daerah alveolar paru-paru di mana mereka yang tersedia untuk penyerapan sistemik.
Makromolekul paling tidak dapat diberikan secara oral karena protein dicerna sebelum mereka diserap ke dalam aliran darah. Juga, ukuran besar mencegah mereka dari secara alami melewati kulit atau membran hidung, dan karena itu mereka tidak dapat diberikan intranasal atau transdermally tanpa menggunakan peningkat penetrasi. Dengan demikian, rute termudah administrasi untuk protein telah melalui intravena atau intramuskular / injeksi subkutan. Telah diketahui selama bertahun-tahun bahwa protein dapat diserap dari paru-paru, seperti yang ditunjukkan dengan insulin pada tahun 1925 [20]. Makromolekul <40 kDa (<5-6 nm diameter) dengan cepat muncul di menghirup darah berikut ke dalam saluran udara. Insulin yang memiliki berat molekul (m berat) dari 5,7 kDa dan diameter 2,2 nm puncak di menit 15-60 darah setelah terhirup [24-29]. Makromolekul> 40 kDa (> 5-6 nm diameter) secara perlahan diserap selama berjam-jam, dihirup albumin (68 kDa) dan α1-antitrypsin (45-51 kDa) memiliki Tmax dari 20 jam dan antara 12 dan 48 jam, masing-masing [21].
Paru-paru merupakan organ hanya melalui mana curah jantung seluruh berlalu. Sebelum obat dihirup dapat diserap ke dalam darah dari paru-paru pinggiran, ia memiliki beberapa hambatan untuk mengatasi: paru-paru surfaktan, permukaan lapisan membran cairan, epitel, interstitium dan basement dan endotelium. Penyerapan obat diatur oleh penghalang alveolar-vaskular tipis permeabel. Jumlah alveoli berkisar 200,000,000-600.000.000, mengakibatkan luas permukaan yang sangat besar epitel dengan epitel yang terdiri dari lapisan tipis tunggal seluler (0,2-0,7 pM ketebalan) [30]. Sementara sifat-sifat mempromosikan pertukaran gas yang efisien melalui transportasi pasif, mereka juga menyediakan mekanisme untuk pengiriman obat efisien untuk aliran darah. Meskipun mekanisme penyerapan tidak
diketahui, telah dihipotesiskan bahwa makromolekul baik melewati sel melalui transcytosis serap (dimediasi serap atau reseptor), transportasi paracellular antara bijunctions atau trijunctions, atau melalui pori-pori sementara besar di epitel yang disebabkan oleh cedera sel atau apoptosis [23, 31]. Dengan demikian, bioavailabilitas tinggi makromolekul disimpan di paru-paru (10-200 kali lebih besar dari nilai hidung dan pencernaan) mungkin karena luas permukaan yang sangat besar, lapisan difusi sangat tipis, pembersihan permukaan lambat dan antiprotease sistem pertahanan [23].
Pergi ke:
Aerosol ukuran partikel
Ukuran partikel aerosol merupakan salah satu variabel yang paling penting dalam menentukan dosis disimpan dan distribusi aerosol obat di paru-paru (Gambar 3) [32]. Aerosol baik didistribusikan pada saluran udara perifer tetapi obat deposito kurang per satuan luas permukaan dari aerosol partikel yang lebih besar yang menyimpan obat yang lebih per satuan luas permukaan, tetapi pada saluran udara yang lebih besar, lebih sentral [4]. Kebanyakan terapi aerosol hampir selalu heterodisperse, yang terdiri dari berbagai ukuran partikel dan dijelaskan oleh distribusi log-normal dengan log dari diameter partikel diplot terhadap jumlah partikel, luas permukaan atau volume (massa) pada skala linier atau probabilitas dan dinyatakan sebagai nilai absolut atau persentase kumulatif. Karena dosis yang disampaikan sangat penting ketika mempelajari aerosol medis, jumlah partikel mungkin menyesatkan, sebagai partikel yang lebih kecil mengandung obat kurang dari yang lebih besar, seperti yang terlihat pada Gambar 4. Ukuran partikel didefinisikan dari distribusi ini dengan beberapa parameter. Diameter tengah massa dari aerosol mengacu pada diameter partikel yang memiliki 50% dari massa aerosol yang berada di atas dan 50% dari massa di bawahnya. Diameter aerodinamis berkaitan partikel dengan diameter bola kepadatan unit yang memiliki kecepatan menetap sama dengan partikel yang menarik terlepas dari bentuk atau kepadatan. MMAD dibaca dari kurva distribusi kumulatif pada titik 50% (Gambar 4). Standar deviasi geometrik (GSD) adalah ukuran variabilitas dari diameter partikel dalam aerosol dan dihitung dari rasio diameter partikel di titik 84,1% pada kurva distribusi kumulatif untuk MMAD tersebut. Untuk distribusi log-normal, GSD adalah sama untuk jumlah, luas permukaan atau massa distribusi. Sebuah GSD dari 1 menunjukkan aerosol monodisperse, sementara GSD dari> 1,2 menunjukkan aerosol heterodisperse.
Gambar 3
Hubungan antara ukuran partikel dan deposisi paru-paru. (Dicetak ulang dengan izin dari penulis [32].)
Gambar 4
Frekuensi (a) dan kumulatif (b) distribusi kurva untuk dosis inhaler meteran Beclovent (MDI) digunakan dengan Aerochamber, dalam hal jumlah partikel dan volume (massa) partikel vs diameter partikel aerodinamis. Kurva volume distribusi adalah ...
Partikel dapat disimpan oleh impaksi inersia, sedimentasi gravitasi atau difusi (gerak Brown) tergantung pada ukuran mereka. Sementara pengendapan terjadi di seluruh saluran napas, impaksi inersia biasanya terjadi dalam 10 generasi pertama dari paru-paru, di mana kecepatan udara yang tinggi dan aliran udara yang turbulen [33]. Kebanyakan partikel> 10 pM disimpan di daerah orofaringeal dengan jumlah besar berdampak pada laring, terutama ketika obat yang dihirup dari perangkat yang membutuhkan kecepatan aliran inspirasi tinggi (DPIs) atau ketika obat ini dispensasi dari perangkat pada maju tinggi kecepatan (MDI) [34, 35]. Partikel-partikel besar yang kemudian ditelan dan berkontribusi minimal, jika sama sekali, dengan respon terapi. Salah satu contohnya adalah flutikason propionat, dengan penyerapan yang buruk lisan yang ditunjukkan oleh kadar plasma serupa ketika dihirup dari MDI atau MDI + spacer. Oleh karena itu komponen oral dosis inhalasi tidak memberikan manfaat terapeutik tambahan. Sebaliknya obat yang dapat diserap secara lisan termasuk salbutamol dan terbutalin, yang jika tertelan bisa menghasilkan respon terapi tertunda. Di wilayah trakeobronkial, impaksi inersia juga memainkan peran penting dalam pengendapan partikel, khususnya pada tikungan dan bifurcations saluran napas. Deposisi oleh sedimentasi gravitasi mendominasi dalam lima sampai enam generasi terakhir dari saluran udara (bronkus yang lebih kecil dan bronchioles), di mana kecepatan udara rendah [33]. Di daerah alveolar, kecepatan udara diabaikan, sehingga kontribusi terhadap pengendapan oleh impaksi inersial adalah nihil. Partikel di wilayah ini memiliki waktu tinggal lebih lama dan disimpan oleh kedua sedimentasi dan difusi. Partikel tidak diendapkan selama inhalasi yang dihembuskan. Deposisi karena sedimentasi mempengaruhi partikel hingga 0,5 pM diameter, sedangkan di bawah 0,5 m, mekanisme utama untuk deposisi adalah dengan difusi.
Target aerosol untuk melakukan atau perifer saluran udara dapat dicapai dengan mengubah ukuran partikel aerosol dan / atau laju alir inspirasi. Sulit untuk memprediksi situs sebenarnya pengendapan, karena saluran napas kaliber dan anatomi berbeda antara orang-orang, tetapi secara umum, aerosol dengan MMAD dari pM 5-10 terutama disimpan dalam saluran udara melakukan besar dan daerah oropharyngeal [36]. Partikel 1-5 pM diameter disimpan dalam saluran udara kecil dan alveoli dengan> 50% dari 3 partikel pM diameter yang disimpan di wilayah alveolar. Dalam kasus pemberian obat paru untuk penyerapan sistemik, aerosol dengan ukuran partikel kecil akan diperlukan untuk memastikan penetrasi perifer dari obat [37]. Partikel <3 pM memiliki kesempatan sekitar 80% mencapai saluran udara lebih rendah dengan 50-60% yang disimpan dalam alveoli [, 23 38]. Karena ini adalah daerah baru penelitian ilmiah, ukuran partikel yang paling efektif untuk pengobatan penyakit sistemik belum ditentukan.
Pergi ke:
Mekanisme kliring paru-paru
Seperti semua poin utama kontak dengan lingkungan eksternal, paru-paru telah berkembang untuk mencegah invasi dari partikel udara yang tidak diinginkan memasuki tubuh. Airway geometri, kelembaban dan clearance mekanisme berkontribusi terhadap proses filtrasi. Tantangan dalam mengembangkan terapi aerosol adalah untuk menghasilkan aerosol yang terhindar dari berbagai lini paru-paru pertahanan.
Airway geometri dan kelembaban
Progresif bercabang dan penyempitan saluran udara mendorong impaksi partikel. Semakin besar ukuran partikel, semakin besar kecepatan udara yang masuk, semakin besar sudut tikungan bifurcations dan jari-jari yang lebih kecil saluran napas, semakin besar kemungkinan pengendapan oleh impaksi [39]. Paru-paru memiliki kelembaban relatif sekitar 99,5%. Penambahan dan penghapusan air secara signifikan dapat mempengaruhi ukuran partikel aerosol higroskopis dan dengan demikian deposisi [40]. Partikel obat diketahui higroskopis dan tumbuh atau menyusut dalam ukuran kelembaban tinggi, seperti di paru-paru, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Sebuah aerosol higroskopis yang disampaikan pada suhu relatif rendah dan kelembaban menjadi salah satu kelembaban tinggi dan suhu akan diharapkan meningkat dalam ukuran ketika dihirup ke dalam paru-paru. Laju pertumbuhan merupakan fungsi dari diameter awal partikel, dengan potensi untuk diameter partikel halus <1 pM untuk meningkatkan lima kali lipat dibandingkan dengan dua sampai tiga kali lipat untuk partikel> 2 m [41]. Peningkatan ukuran partikel di atas ukuran awal harus mempengaruhi jumlah obat disimpan dan terutama, distribusi obat aerosol dalam paru-paru. Ferron dan rekan [42, 43] telah memperkirakan bahwa untuk ukuran awal antara 0,7 m dan 10 m, deposisi total meningkat aerosol higroskopis dengan faktor 2. Namun, Xu dan Yu [44] menunjukkan bahwa untuk partikel NaCl dengan ukuran awal 0,1 pM, pola distribusi di saluran udara mirip dengan yang untuk partikel nonhygroscopic dengan ukuran yang sama dengan difusi tersisa mekanisme utama deposisi. Menggunakan 2D-pencitraan untuk mendeteksi perubahan deposisi mungkin berhasil. Sebuah peningkatan dua sampai tiga kali lipat dengan diameter tidak akan nyata mengubah pola distribusi terlihat dari gas-seperti aerosol submikron. Dosis yang disimpan total dapat menurunkan tapi resolusi teknik pencitraan saat ini tidak cukup besar untuk membedakan pergeseran generasi di wilayah paru-paru perifer. Untuk partikel dengan ukuran awal dari 1 pM, Xu Yu dan mampu memprediksi perubahan dalam pola distribusi karena pertumbuhan partikel. Perhitungan menunjukkan pergeseran dari deposisi karena sedimentasi terutama impaksi pada saluran udara lebih sentral [43].
Gambar 5
Ilustrasi pertumbuhan higroskopis dan susut tetesan hipertonik dan hipotonik dari ukuran awal yang sama (3,7 pM) di lingkungan lembab pada saluran pernapasan. (Dari Phipps et al deposisi PR Regional aerosol garam yang berbeda. ...
Paru izin mekanisme
Setelah disimpan di paru-paru, obat yang dihirup baik dibersihkan dari paru-paru, diserap ke dalam sirkulasi sistemik atau terdegradasi melalui metabolisme obat. Obat partikel disimpan di saluran udara melakukan terutama dihilangkan melalui pembersihan mukosiliar dan, pada tingkat lebih rendah, diserap melalui epitel saluran napas ke dalam sistem darah atau limfatik. Epitel bersilia memanjang dari trakea ke bronchioles terminal. Sel-sel saluran napas piala epitel dan kelenjar submukosa mengeluarkan lendir membentuk selimut lendir dua-lapisan atas epitel bersilia: a periciliary viskositas rendah atau lapisan sol ditutupi oleh lapisan gel tinggi viskositas. Partikel larut terjebak dalam lapisan gel dan bergerak menuju faring (dan akhirnya ke saluran pencernaan) oleh gerakan ke atas dari lendir yang dihasilkan oleh pemukulan metachronous dari silia. Dalam paru-paru normal, laju pergerakan lendir bervariasi dengan wilayah napas dan ditentukan oleh jumlah sel bersilia dan frekuensi mengalahkan mereka. Gerakan lebih cepat dalam trakea daripada di saluran udara kecil dan dipengaruhi oleh faktor-faktor yang mempengaruhi fungsi silia dan kuantitas dan kualitas lendir [35, 45]. Untuk izin mukosiliar normal terjadi, sel-sel epitel saluran napas harus utuh, struktur silia dan aktivitas normal, komposisi kedalaman dan kimia dari lapisan sol yang optimal dan reologi dari lendir dalam kisaran fisiologis. Kliren mukosiliar terganggu pada penyakit paru-paru seperti sindrom silia immotile, bronkiektasis, CF dan asma [46]. Dalam sindrom silia immotile dan bronkiektasis, fungsi silia dapat berupa gangguan atau tidak ada. Dalam CF, struktur ciliary dan fungsi normal, tetapi jumlah berlebihan tebal, hadir lendir ulet dalam saluran udara mengganggu kemampuan mereka untuk membersihkan lendir efektif [47]. Dalam penyakit ini, pembersihan obat aerosol disimpan di saluran udara melakukan umumnya menurun dan sekresi dibersihkan dari paru-paru dengan batuk [48-50].
Selain izin mukosiliar, partikel terlarut juga dapat dihapus oleh mekanisme penyerapan di saluran udara melakukan [51]. Molekul lipofilik lulus dengan mudah melalui epitel saluran napas melalui transportasi pasif. Molekul hidrofilik lintas melalui jalur ekstraseluler, seperti persimpangan ketat, atau dengan transpor aktif melalui endositosis dan exocytosis [52]. Dari wilayah submukosa, partikel yang diserap ke dalam sirkulasi sistemik baik, sirkulasi bronkial atau sistem limfatik.
Obat disimpan di wilayah alveolar dapat phagocytosed dan dibersihkan oleh makrofag alveolar atau diserap ke dalam sirkulasi paru-paru. Makrofag alveolar merupakan sel fagositik utama untuk pertahanan paru terhadap mikroorganisme dihirup, partikel dan agen beracun lainnya. Ada sekitar lima sampai tujuh makrofag alveolar per alveolus di paru-paru perokok yang sehat [53]. Makrofag phagocytose partikel larut yang disimpan di daerah alveolar dan baik dibersihkan oleh sistem limfatik
atau pindah ke saluran udara bersilia di sepanjang arus dalam cairan alveolar dan kemudian dibersihkan melalui eskalator mukosiliar [31]. Proses ini dapat berlangsung berminggu-minggu sampai berbulan-bulan untuk menyelesaikan [54]. Partikel obat larut disimpan di wilayah alveolar dapat diserap ke dalam sirkulasi sistemik, seperti yang dibahas di atas. Epitel paru tampaknya lebih tahan terhadap transportasi partikel larut dari endotelium atau interstitium [37]. Tingkat penyerapan protein dari alveoli adalah tergantung ukuran. Effros dan Mason [37] menunjukkan hubungan terbalik antara permeabilitas alveolar dan berat molekul. Pada tikus, setelah berangsur-angsur intratracheal dari DDAVP (1-desamino-8-d-arginine vasopressin) (m berat 1,1 kDa), puncak serum DDAVP tingkat terjadi pada 1 jam dibandingkan dengan 16-24 jam setelah berangsur-angsur intratracheal albumin (m wt 67 kDa) [38]. Namun, beberapa protein yang dibersihkan dari paru-paru lebih cepat dari yang diharapkan untuk ukuran mereka. Setelah berangsur-angsur intratracheal atau aerosolisasi hormon pertumbuhan manusia (m berat 22 kDa), kadar serum puncak diamati pada 0,5-4 jam, menunjukkan izin, cepat saturable dari paru-paru yang sugestif dari endositosis reseptor-dimediasi [31].
Sangat sedikit yang diketahui tentang bagaimana obat-kegiatan metabolisme paru-paru mempengaruhi konsentrasi dan kemanjuran terapi obat inhalasi. Semua enzim metabolisme ditemukan di hati ditemukan pada tingkat lebih rendah di paru-paru (CYP450 enzim adalah 5-20 kali lebih rendah daripada di hati) didistribusikan ke seluruh saluran udara dan alveoli melakukan [55-57]. Tahap 1 sitokrom-450 (CYP450) enzim, flavin yang mengandung monooxygenases (FMO), monoamine oxidase (MAO), dehyrogenase aldehida, NADPH-CYP450 reduktase, misalnya, semua hadir di paru-paru. Sistem monooxygenase memetabolisme asam lemak, steroid, dan xenobiotik lipofilik. Esterase hadir dalam konsentrasi tinggi pada makrofag alveolar, dan untuk tingkat yang lebih rendah dalam sel alveolar tipe I dan II, hidrolisis beklometason dipropionat untuk monopropionate dan beclomethasone. Paru-paru manusia, bagaimanapun, tampaknya menjadi situs miskin untuk sulphation. Protein dan peptida tunduk terhadap hidrolisis oleh protease, seperti endopeptidase netral dan cathepsin H, hadir dalam paru-paru. Sejauh mana berbagai protein dan peptida dimetabolisme tidak jelas. Vasoaktif polipeptida intestinal (VIP) diyakini benar-benar terdegradasi selama perjalanan melintasi epitel paru dan ke dalam aliran darah [31, 58, 59]. Sumber untuk protease adalah makrofag alveolar dan sel inflamasi lainnya, seperti neutrofil. Karena enzim memainkan peran kunci dalam degradasi protein dan peptida, efek memberikan protein dan peptida aerosol ke paru-paru meradang di mana tingkat protease lebih tinggi, tidak diketahui, tetapi dapat mengganggu keberhasilan mereka [30]. Co-administrasi dengan inhibitor protease, seperti bacitracin dan glycocholate natrium, telah terbukti mengurangi metabolisme protein dan dengan demikian meningkatkan penyerapan paru [60, 61]. Namun, untuk degradasi protein yang paling di alveoli bukanlah mekanisme pembersihan besar, dengan> 95% protein, termasuk insulin, yang diserap utuh dari pinggiran paru-paru [31, 59].
Pergi ke:
Deposisi pada penyakit paru-paru
Bronkokonstriksi, peradangan dan penyempitan saluran napas deposisi mengubah paru-paru. Penyakit pernapasan, seperti CF dan bronkiektasis, mengubah arsitektur paru-paru melalui perubahan dalam sudut bifurkasi dan obstruksi dari saluran udara akibat akumulasi lendir, memodifikasi pola deposisi dan distribusi aerosol. Penurunan luas penampang dari paru-paru yang disebabkan oleh obstruksi meningkatkan kecepatan udara dan turbulensi di daerah di mana aliran udara biasanya laminar. Obstruksi jalan napas mengalihkan udara terinspirasi untuk saluran udara terhalang dan, dengan demikian, sangat sedikit obat yang disimpan di daerah terhambat, sering daerah yang perlu dicapai untuk mencapai efek terapi yang optimal dari obat. Dalam paru-paru terhambat, obat aerosol akan disimpan lebih terpusat di paru-paru oleh impaksi inersia dibandingkan dengan distribusi seragam dicapai dalam paru-paru normal, seperti yang terlihat pada Gambar 6 [62, 63]. Pavia dan rekan [64] menunjukkan bahwa kedalaman deposisi berkorelasi positif dengan FEV1 pasien. Pasien dengan COPD memiliki penetrasi aerosol secara signifikan lebih rendah dari sukarelawan sehat (Gambar 7) [65-67]. Namun, jika FEV1 mereka ditingkatkan melalui bronkodilatasi, peningkatan penetrasi perangkat partikel obat dapat terjadi (Gambar 8). Laube dan rekannya mempelajari efek obstruksi bronkus pada deposisi saluran napas pusat radioaerosol suatu (MMAD 1,12 pM) [68]. Mereka menemukan bahwa obstruksi jalan napas bronkial deposisi ditingkatkan pusat dengan izin dari radioaerosol berkorelasi terbalik dengan FEV1. Hampir 50% dari radioaerosol itu dibersihkan dari paru-paru setelah 97 menit pada pasien dengan FEV1 dari 30-40% dibandingkan dengan <10% ketika FEV1 adalah> 80%. Pada pasien dengan FEV1 rendah (obstruksi parah), distribusi aerosol sangat tidak merata dengan deposisi saluran napas didominasi pusat dibandingkan dengan karakteristik distribusi seragam pasien dengan saluran udara terhalang. Ilowite et al. [18] juga melaporkan korelasi terbalik antara FEV1 dan deposisi saluran napas sentral pada pasien dengan CF. Ada variasi yang luas dalam aerosol disimpan dengan koefisien variasi (CV) dari 60,2% di antara pasien. Ketika pola pernapasan dikontrol, variasi dalam deposisi menurun menjadi 18,6% dari CV, menyoroti pentingnya bernapas pola pada pengendapan aerosol.
Gambar 6
Sebuah bagian berurutan irisan paru koronal (dari anterior ke posterior) inhalasi berikut dari aerosol 4,5 pM (18FDG) 18fluorodeoxyglucose dalam (A) relawan normal dengan kapasitas ekspirasi paksa dalam 1 s (FEV1) dari 98% diprediksi (gambar di sebelah kiri. ..
Gambar 7
Perbedaan dalam distribusi paru-paru dari aerosol radioaktif yang sama antara normals, perokok, dan penyakit paru obstruktif kronik (PPOK) subyek. Zona batin merupakan pusat disimpan aerosol dan luar merupakan aerosol disimpan perifer, ...
Gambar 8
Positron emisi tomografi scan (salah satu contoh per pesawat) menunjukkan peningkatan yang nyata dalam ventilasi pasca-bronkodilator dalam subjek asma. Endapan dari 18 fluorodeoxyglucose (18FDG) aerosol (1,5 pM MMD) adalah miskin presalbutamol. (Direproduksi ...
Pergi ke:
Bronkial sirkulasi
Paru-paru menerima cardiac output keseluruhan dan dengan demikian merupakan organ perfusi terbaik dalam tubuh. Namun, hanya daerah alveolar dan bronchioles pernapasan disediakan oleh sirkulasi paru-paru. Aliran darah ke saluran udara yang lebih besar (trakea ke terminal bronchioles) adalah melalui sirkulasi sistemik dan ini saluran udara menerima sekitar 1% dari cardiac output [69]. Peran sirkulasi bronkial dalam mendistribusikan obat aerosol ke daerah distal dari situs asli pengendapan atau daerah nonventilated dari paru-paru tidak diketahui. Sirkulasi endobronchial diresirkulasi ke saluran udara dan paru-paru perifer parenkim melalui vena bronkial dan atrium kanan. Aliran darah bronkial ditambah pada penyakit, seperti bronkiektasis, dari 1% menjadi sebanyak 30% dari cardiac output. Dalam domba, aliran darah bronkial meningkat dengan bronkokonstriksi antigen-dan histamin-induced [70]. Secara teoritis, obat inhalasi yang diserap ke dalam sirkulasi dari daerah trakeobronkial dapat didistribusikan hilir dan perifer untuk penghalang saluran napas, ke daerah-daerah lain buruk diakses dari paru-paru yang dapat membantu dalam kemanjuran obat [70, 71]. Sejauh ini, tidak ada pekerjaan eksperimental pada manusia telah dilakukan untuk menyelidiki peran sirkulasi bronkial dalam distribusi paru obat hirup atau pengaruhnya terhadap keberhasilan mereka.
Pergi ke:
Kesimpulan
Sebagai organ akhir untuk pengobatan penyakit lokal atau sebagai rute administrasi untuk terapi sistemik, paru-paru adalah target yang sangat menarik untuk pengiriman obat. Ini menyediakan akses langsung lokasi penyakit untuk pengobatan penyakit pernapasan tanpa inefisiensi dan efek yang tidak diinginkan dari pemberian obat sistemik. Ini menyediakan area permukaan besar dan enzimatik yang relatif rendah, lingkungan yang terkendali untuk penyerapan sistemik obat. Tapi itu bukan tanpa hambatan. Geometri Airway, kelembaban, mekanisme clearance dan adanya penyakit paru-paru mempengaruhi deposisi aerosol dan karena itu mempengaruhi efektivitas terapi obat hirup. Sebuah khasiat obat dapat dipengaruhi oleh lokasi pengendapan di saluran pernapasan dan dosis dikirim ke situs tersebut. Untuk memberikan terapi inhalansia efisien dan efektif, faktor-faktor ini harus dipertimbangkan. Karakteristik ukuran partikel aerosol dapat memainkan peran penting dalam menghindari hambatan fisiologis paru-paru, serta menargetkan obat ke daerah paru-paru yang sesuai. Jenis perangkat inhalasi dan formulasi obat adalah penentu ukuran partikel aerosol obat. Dalam Bagian
II, perangkat pengiriman hirup dan formulasi obat 'efek pada efektivitas terapi terapi obat aerosol akan ditinjau.
RNA campur kecil (siRNA) memiliki potensi yang sangat besar untuk pengobatan atau pencegahan penyakit paru-paru yang beragam. Setelah molekul RNA telah berhasil memasuki sel target, mereka bisa menghambat ekspresi urutan gen tertentu melalui RNA (RNAi) mekanisme gangguan dan menghasilkan efek terapi. Hambatan terbesar untuk menerjemahkan terapi siRNA dari laboratorium ke klinik adalah pengiriman. Seorang agen pengiriman yang ideal harus melindungi siRNA dari degradasi enzimatik, memfasilitasi serapan seluler dan mempromosikan melarikan diri endosomal di dalam sel, dengan toksisitas diabaikan. Penargetan paru dapat dicapai dengan pengiriman sistemik atau pengiriman paru. Rute kedua administrasi berpotensi meningkatkan retensi siRNA dalam paru-paru dan mengurangi efek toksik sistemik. Namun adanya lendir, tindakan pembersihan mukosiliar dan tingkat tinggi percabangan saluran udara menyajikan hambatan utama untuk pengiriman paru ditargetkan. Sistem pengiriman perlu dirancang dengan hati-hati untuk memaksimalkan deposisi siRNA ke daerah yang sakit dari saluran udara. Dalam kebanyakan studi terapi siRNA paru in vivo, siRNA disampaikan baik intratracheally atau intranasal. Pekerjaan yang sangat terbatas dilakukan pada perumusan siRNA untuk inhalasi yang diyakini menjadi arah untuk pengembangan ke depan. Ulasan ini berfokus pada pengembangan terbaru dari pengiriman paru dari siRNA untuk pengobatan penyakit paru-paru yang beragam.
Interferensi RNA (RNAi) memiliki potensi besar terapi dalam mengobati berbagai penyakit dengan membungkam ekspresi gen target secara pasca-transkripsi. Mekanisme RNAi telah banyak terakhir dalam literatur [1], [2], [3], [4], [5] dan [6]. Singkatnya, RNAi dapat dicapai artifisial oleh tiga cara utama: (i) memperkenalkan long double stranded RNA (dsRNA) yang dibelah menjadi kecil mengganggu RNA (siRNA) oleh pemain dadu enzim dalam sitoplasma, menyebabkan degradasi mRNA target; (ii) memperkenalkan DNA plasmid mengkode RNA jepit rambut pendek (shRNA) yang diproses oleh pemain dadu ke siRNA, dan (iii) memperkenalkan kecil mengganggu RNA (siRNA) langsung untuk memulai proses degradasi mRNA.
Selama dua dekade terakhir, para ilmuwan telah menyelidiki penggunaan asam nukleat termasuk DNA dan oligonukleotida antisense sebagai agen terapeutik. Hambatan terbesar yang kami hadapi adalah pengiriman, dan masalah yang sama berlaku untuk RNAi terapi. Menjadi bermuatan negatif makromolekul hidrofilik yang sangat rentan terhadap degradasi nuklease, asam nukleat tidak mampu melintasi membran biologis pada mereka sendiri untuk mencapai lokasi aksi. Sebuah vektor pengiriman karena itu diperlukan untuk melindungi asam nukleat terapi dari degradasi enzimatik, memfasilitasi serapan seluler dan melepaskan asam nukleat di lokasi aksi di dalam sel. Di antara jenis asam nukleat yang terlibat dalam RNAi, siRNA adalah kandidat paling populer yang dipelajari di RNAi terapi. Pengenalan dsRNA panjang (biasanya terdiri dari 500 sampai 1000 pasang basa) dikenal untuk menginduksi interferon (IFN) respon pada sel mamalia [7] dan [8], rendering itu tidak cocok untuk terapi RNAi, sedangkan siRNA (biasanya terdiri dari 21-23 pasangan basa) dapat menghindari respon INF. Dari perspektif pengiriman, siRNA memiliki keuntungan atas shRNA encoding DNA plasmid. Agar DNA harus benar diungkapkan, maka harus memasukkan inti di mana transkripsi terjadi. Entri nuklir adalah proses yang sangat efisien dan ini memang dianggap sebagai salah satu hambatan terbesar untuk keberhasilan terapi gen. Di sisi lain, siRNA menargetkan RNA-induced membungkam kompleks (RISC), yang terletak di sitoplasma. Meskipun shRNA memiliki potensi pembungkaman gen tinggi dari siRNA [9] dan [10], yang relatif kemudahan pengiriman siRNA membuat calon yang lebih baik untuk terapi RNAi. Bahkan, pengiriman siRNA memiliki lebih sukses daripada molekul RNAi lainnya. Pada tahun 2004, uji klinis manusia pertama RNAi terapi dimulai untuk pengobatan yang berkaitan dengan usia degenerasi makula (AMD) dengan siRNA menargetkan VEGF reseptor-1 disampaikan intravitreally [11] dan [12]. Sejak saat itu sejumlah uji klinis terapi siRNA sedang dilakukan untuk kondisi yang berbeda [13], termasuk kanker tumor padat [14] dan pernapasan infeksi virus (RSV) syncytial [15] dan [16]. Tabel 1 menunjukkan ringkasan uji klinis terapi siRNA.
Tabel 1. Ringkasan uji klinis terapi siRNA.
Tahap Perkembangan terakhir Sasaran penyakit Route administrasi / agen pengiriman Perusahaan Ref Nama produk
III (dihentikan-tidak mungkin untuk memenuhi titik akhir primer) AMD intravitreal injeksi / telanjang siRNA OPKO Kesehatan Bevasiranib (sebelumnya Cand5) [17]
RNAi dapat berpotensi digunakan untuk mengobati atau mencegah penyakit yang mempengaruhi saluran udara, seperti kanker paru-paru [26], [27], [28], [29] dan [30], berbagai jenis penyakit menular pernafasan [16], [31 ], [32], [33], [34], [35] dan [36], penyakit peradangan saluran napas [37], [38] dan [39] dan cystic fibrosis [40]. siRNA pengiriman ke paru-paru bisa dicapai baik oleh pengiriman lokal atau pengiriman sistemik. Rute Mantan menawarkan beberapa manfaat penting selama yang terakhir, seperti dosis rendah siRNA diperlukan, pengurangan yang tidak diinginkan efek samping sistemik dan stabilitas siRNA ditingkatkan akibat rendahnya aktivitas nuklease di saluran udara dari dalam serum. Selanjutnya paru berpotensi bisa berfungsi sebagai situs yang menarik untuk memberikan siRNA untuk efek sistemik karena vaskularisasi yang tinggi, luas permukaan yang besar dan epitel ultra tipis dari alveoli [41]. Semua faktor ini memungkinkan penyerapan siRNA efisien dan cepat.
Proses pengiriman siRNA paru diringkas pada Gambar. 1. Ada beberapa cara untuk mengelola siRNA lokal ke paru-paru. Inhalasi adalah yang paling umum dan cara termudah untuk pengiriman obat paru dan dapat diterapkan untuk pengiriman siRNA. siRNA untuk inhalasi dapat dirumuskan ke dalam aerosol cair atau aerosol bubuk kering. Rute intranasal merupakan cara yang umum untuk memberikan siRNA ke dalam saluran udara karena kemudahan administrasi dan persiapan siRNA intranasal dapat dengan
mudah diberikan ke dalam rongga hidung sebagai suspensi hidung. Rute intratrakeal administrasi juga digunakan untuk memberikan siRNA ke paru-paru. Namun metode ini administrasi relatif invasif dan non-fisiologis [42]. Hal ini umumnya dianggap digunakan dalam studi hewan saja dan bukan untuk aplikasi klinis. Terlepas dari rute administrasi, sangat penting untuk menjaga stabilitas siRNA dan aktivitas biologis selama manufaktur dan pengiriman.
Gambar. 1. Skema menggambarkan langkah-langkah yang terlibat dalam pengiriman siRNA ke paru-paru.
Gambar pilihan
Serupa dengan pengiriman DNA, baik vektor virus dan non-virus sedang digunakan untuk memberikan siRNA. Virus sangat efisien vektor pengiriman asam nukleat karena mereka berevolusi untuk mentransfer materi genetik mereka ke dalam sel inang. Untuk mengaktifkan virus untuk memberikan asam nukleat untuk digunakan terapi, virus pertama harus rekayasa genetika untuk menghilangkan virulensi mereka. Keuntungan utama menggunakan vektor virus adalah efisiensi transduksi tinggi dibandingkan dengan transfeksi oleh non-virus metode. Virus seperti adenovirus [43], [44] dan [45], adeno-associated virus [46], dan lentivirus [47] dan [48] sedang diselidiki untuk memberikan siRNA untuk sel-sel paru-paru. Meskipun efisiensi asam nukleat tinggi mereka transfer, ada kekhawatiran keamanan mengenai penggunaan vektor virus.
Dari pelajaran yang telah kita pelajari dalam pengiriman DNA, ada risiko tinggi yang terkait dengan pemanfaatan vektor virus [49]. Respon kekebalan terhadap virus adalah tantangan utama untuk pengiriman virus [50]. Ini membatasi efektivitas terapi pada pemberian berulang. Kasus yang parah dari respon imun bahkan dapat mengakibatkan kegagalan organ dan akibatnya bisa fatal [51]. Selain itu, beberapa jenis virus dapat memasukkan genom mereka secara acak ke dalam kromosom inang, mengganggu fungsi gen dan mengakibatkan mutagenesis insersional [52], [53] dan [54]. Setelah kasus Gelsinger terkenal (18 tahun relawan Gelsinger meninggal dalam percobaan terapi gen menggunakan adenovirus) [51] dan kasus X-SCID Perancis (sepertiga dari anak-anak mengembangkan leukemia dalam percobaan terapi gen menggunakan retrovirus) [55], maka tidak sulit untuk membayangkan bahwa kesempatan untuk menggunakan vektor virus dalam setiap jenis terapi asam nukleat manusia untuk mendapatkan persetujuan dari FDA akan sangat tipis. Para vektor virus adalah agen yang sangat baik untuk memberikan siRNA untuk bukti-of-konsep penelitian, namun tampaknya kurangnya aplikasi klinis yang nyata karena masalah keamanan. Cara alternatif untuk memberikan siRNA adalah dengan metode non-virus yang mencakup metode yang tidak melibatkan penggunaan virus. SiRNA terapeutik baik diberikan langsung ke lokasi tindakan atau disampaikan oleh non-virus vektor. Umumnya digunakan non-virus vektor untuk pengiriman siRNA termasuk lipid, polimer dan peptida.
Thomas et al. Ulasan pengiriman non-virus siRNA ke paru-paru [56] dan review (diterbitkan pada 2007) difokuskan pada pengiriman siRNA untuk pengobatan tiga infeksi virus paru-paru yang berbeda: influenza, infeksi RSV dan parah sindrom pernapasan akut (SARS ). Bidang pengiriman siRNA telah berkembang pesat sejak itu dan sejumlah baik dalam studi in vivo dilakukan dalam beberapa tahun terakhir untuk menyelidiki pengiriman lokal siRNA terhadap penyakit paru-paru berbagai termasuk kanker paru-paru [57] infeksi, mikobakteri [36], fibrosis paru [58] dan [59], infeksi pernapasan alphaherpesvirus [31], dan target gen endogen lainnya di paru-paru [60] dan [61]. Dalam ulasan ini, kami menyajikan perkembangan terbaru dari terapi siRNA untuk pengobatan penyakit paru-paru yang beragam. Kami membahas tantangan pemberian obat paru dan hambatan untuk pengiriman siRNA ke paru-paru, termasuk hambatan ekstraseluler dan intraseluler, dengan fokus pada non-virus metode penyampaian. Temuan studi klinis baru-baru ini dari terapi siRNA paru juga dibahas.
2. Menyampaikan siRNA ke paru-paru
2.1. Tantangan pengiriman paru
Penyerahan paru makromolekul terapi seperti protein dan peptida telah diteliti selama lebih dari tiga puluh tahun [41]. Tantangan pengiriman siRNA melalui rute paru mirip dengan pengiriman makromolekul lainnya. Dalam rangka untuk mengembangkan sistem pengiriman yang efisien siRNA paru, penting untuk memahami sifat-sifat anatomi dan fisiologis saluran pernapasan di tempat pertama.
Saluran pernapasan dapat dibagi menjadi dua daerah: (i) daerah melakukan yang terdiri dari rongga hidung, faring, trakea, bronkus, dan bronkiolus, dan (ii) wilayah pernapasan yang terdiri dari bronchioles pernapasan dan alveoli. Daerah melakukan bertanggung jawab untuk konduktansi udara dan daerah pernapasan adalah dimana pertukaran gas terjadi. Fitur yang paling menonjol dari saluran pernapasan adalah tingkat tinggi percabangan. Menurut model Wiebel tentang paru-paru, ada 24 generasi secara total. Struktur bercabang terdiri dari saluran udara dengan berbagai panjang dan diameter menyajikan penghalang dini untuk pengiriman paru yang ditargetkan. Banyak penyakit paru-paru mempengaruhi wilayah yang lebih rendah dari paru-paru. Untuk agen terapeutik untuk mencapai daerah yang sakit, mereka harus mengikuti aliran udara di sekitar tikungan di sepanjang jalan nafas bercabang ke daerah paru-paru yang mendalam. Ukuran partikel merupakan faktor penting dalam menentukan lokasi pengendapan seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2 [62]. Dalam pengiriman paru, ukuran partikel dinyatakan dalam diameter aerodinamis. Partikel besar (> 6 pM diameter aerodinamis) membawa momentum tinggi dan lebih mungkin akan berdampak pada dinding saluran napas pada bifurcations bukannya mengikuti aliran udara berubah. Oleh karena itu mereka biasanya disimpan lebih tinggi di saluran napas seperti bagian belakang tenggorokan atau faring. Untuk partikel kecil (<1 diameter aerodinamis pM), gerakan mereka ditentukan oleh gerak Brown. Mereka sebagian besar dihembuskan saat bernafas pasang normal, tetapi berhenti dapat meningkatkan deposisi mereka sebagai
kemungkinan yang kedua adalah sebanding dengan akar kuadrat dari waktu [63]. Ukuran partikel yang optimal untuk deposisi efisien pada saluran pernapasan bagian bawah yang ditemukan antara 1 dan 5 pM [41] dan [64]. Sebagai ukuran partikel lanjut menurun menuju deposisi, nano di paru-paru meningkat lagi karena untuk mobilitas difusi meningkat [65]. Untuk nanopartikel yang kurang dari 100 nm, mereka muncul untuk menyelesaikan secara efektif ke daerah alveolar dengan pengendapan fraksional sekitar 50%. Namun, partikel ultrafine biasanya memasuki paru-paru sebagai aglomerat yang lebih besar yang dapat dipecah relatif mudah menjadi partikel yang lebih kecil pada deposisi. Jalur eliminasi berbagai nanopartikel ada di paru-paru, termasuk batuk, pembubaran, mucociliarly eskalator, translokasi dari saluran udara ke situs lain, fagositosis oleh makrofag dan serapan saraf. Apa yang belum dibentuk adalah hubungan kuantitatif dari jalur [66]. Sangat sedikit yang diketahui tentang bagaimana siRNA dibersihkan dari paru-paru.
Gambar. 2. Pengaruh ukuran partikel pada deposisi di saluran pernapasan manusia berikut pernapasan mulut unit-density bola pada pola referensi: 15-s pernapasan-siklus periode dan laju alir pada 300 cm3 s-1.
Diadaptasi dari Ref. [62].
Gambar pilihan
Hambatan utama untuk pengiriman paru termasuk aksi pembersihan mukosiliar dari sel-sel epitel bersilia, dan adanya lendir, cairan alveolar dan makrofag di sepanjang bagian yang berbeda dari saluran udara [67] dan [68]. Partikel yang disimpan pada sel-sel bersilia dengan cepat dihapus oleh kliren mukosiliar dan akhirnya sedang batuk atau tertelan. Garis lendir epitel pernapasan dari rongga hidung ke bronchioles terminal [69]. Komponen utama dari lendir yang mucins yang glikosilasi protein. Lendir merupakan penghalang fisik seperti meningkatkan viskositas dari permukaan lembab sel-sel epitel paru-paru, sehingga mengurangi penetrasi obat dan laju difusi. Cairan alveolar ditemukan pada permukaan epitel alveoli sebagai lapisan tipis surfaktan paru yang terdiri dari fosfolipid dan protein surfaktan lainnya. Telah dilaporkan bahwa surfaktan paru sangat menghambat efisiensi transfeksi dari lipid berbasis sistem pengiriman asam nukleat, tetapi tidak polimer berbasis sistem [70], [71] dan [72]. Makrofag alveolar terletak di alveoli cepat menelan partikel asing oleh fagositosis sebagai mekanisme pertahanan [73]. SiRNA yang diangkat ke makrofag yang kemudian terdegradasi di dalam sel.
Pada keadaan penyakit, kondisi fisiologis saluran udara dapat diubah dan menimbulkan dampak besar pada efisiensi sistem pengiriman paru. Selama infeksi dan peradangan, ada peningkatan sekresi lendir dan clearance mukosiliar terganggu [73] dan [74]. Ketebalan, viskositas dan komposisi lapisan lendir tergantung pada kondisi patologis dan bervariasi antara individu [67]. Adalah penting bahwa faktor-
faktor yang menjadi pertimbangan dalam pengembangan sistem pengiriman paru untuk aplikasi terapi yang berbeda.
Untuk mengatasi hambatan anatomi dan fisiologis paru-paru, strategi pengiriman beberapa dapat dimasukkan. Selain menggunakan partikel dengan diameter aerodinamis kecil cocok untuk pengendapan di saluran udara lebih rendah, telah dilaporkan bahwa penggunaan partikel berpori besar secara efektif dapat menghindari fagositosis oleh makrofag alveolar dan memperpanjang waktu tinggal di dalam paru-paru [75], [76] dan [ 77]. Partikel berpori lebih dari 10 pM diameter geometrik biasanya memiliki diameter aerodinamis yang lebih kecil sehingga mereka berada dalam berbagai ukuran yang ideal aerodinamis untuk deposisi paru-paru yang efektif, tetapi ukuran sebenarnya geometris mereka terlalu besar untuk dihapus oleh makrofag. Untuk mengatasi penghalang lendir, penggunaan agen mucolytic, seperti nacystelyn yang memecah jaringan tiga dimensi gel lendir, atau penggunaan inhibitor lendir, seperti glycopyrrolate yang menghambat sekresi lendir, dapat dianggap [78]. Namun manfaat klinis mereka terbatas [67] dan [78]. Manitol dihirup telah terbukti secara klinis untuk meningkatkan clearance lendir pada pasien dengan fibrosis kistik atau bronchietasis [79] dan [80] dan untuk meningkatkan sifat hidrasi dan permukaan sputum [81]. Mengurangi penghalang lendir terhirup manitol sebelum pengiriman siRNA sehingga dapat bermanfaat. Penggunaan USG medan magnet dan juga telah dilaporkan untuk mengarahkan dan mengendalikan tempat pengendapan asam pengiriman sistem saluran udara nukleat [82], [83] dan [84].
2.2. Intraseluler hambatan untuk pengiriman siRNA
Setelah siRNA telah mencapai permukaan sel target saluran pernapasan, dengan asumsi itu berhasil lolos dengan hambatan ekstraselular, masih harus menyeberangi membran sel dan mendapatkan akses ke dalam sitoplasma mana RISC, target akhir siRNA, adalah terletak. siRNA adalah makromolekul hidrofilik bermuatan negatif dengan berat molekul sekitar 13 kDa. Berdasarkan sifat fisikokimia, siRNA tidak dapat menyeberangi membran biologis sendiri. Oleh karena itu salah satu fungsi utama dari vektor pengiriman untuk memfasilitasi serapan seluler siRNA.
Endositosis adalah jalur utama serapan seluler yang diketahui terlibat dalam non-virus pengiriman asam nukleat [85]. Untuk endositosis efisien terjadi, partikel harus di bawah 150 nm dalam ukuran. Partikel dalam berbagai ukuran juga bisa menghindari penyerapan makrofag dan clearance paru-paru sehingga tertunda [86]. Untuk partikel yang masuk ke saluran pernapasan sebagai agregat besar, mereka harus didispersikan kembali atau deaggregated ke ukuran yang sesuai sebelum endositosis bisa terjadi. Namun ada beberapa jenis jalur endocytic yang pada gilirannya mempengaruhi set hambatan yang mungkin ditemui makromolekul, dan nasib akhirnya molekul bisa sangat berbeda [85]. Clathrin-mediated endositosis adalah utama dan jalur endocytic terbaik dicirikan yang terjadi secara konstitutif dalam semua sel mamalia. Partikel yang diambil oleh sel-sel melalui jalur ini diapit clathrin berlapis vesikel.
Mereka kemudian diangkut ke endosomes awal, yang bergabung membentuk akhir endosomes dan kemudian ke lisosom. Selama proses tersebut, pH di dalam vesikel turun secara bertahap ke level pH 5,0 dalam lisosom mana enzim degradatif termasuk nuklease yang hadir. Oleh karena itu terapi siRNA harus mampu keluar dari endosomes / lisosom ke dalam sitoplasma sebelum itu terdegradasi oleh nuklease (Gbr. 1).
Ada beberapa strategi yang dapat digunakan untuk mempromosikan melarikan diri endosomal siRNA. Polimer seperti polyethylenimine (PEI) memiliki kemampuan untuk memicu pelepasan endosomal. The 'proton hipotesis spons' menyarankan bahwa karena kapasitas buffer yang tinggi PEI atas berbagai pH, polimer menjadi diprotonasi sebagai pH turun dalam endosomes. Hal ini menyebabkan masuknya ion klorida, proton dan kemudian air ke endosomes. Akhirnya tekanan osmotik tinggi berkembang, menyebabkan endosomes meledak terbuka dan melepaskan isinya ke dalam sitoplasma [87]. Namun efek seluler 'endosomes meledak' belum benar dibahas atau dievaluasi dan PEI juga diketahui terkait dengan masalah toksisitas. Strategi lain adalah untuk menggabungkan peptida pH fusogenik sensitif terhadap sistem pengiriman. Peptida fusogenik seperti GALA [88], KALA [89] dan [90] INF7 [91] dll, telah digunakan dalam pengiriman siRNA baik in vitro dan in vivo. Peptida ini memiliki kemampuan untuk menjalani pH-tergantung perubahan konformasi. Pada pH rendah, mereka mengadopsi 'membran-mengganggu' konformasi dan mendestabilisasi membran endosomal, sehingga melepaskan isi endosomes ke dalam sitoplasma.
Selain clathrin-mediated endositosis, caveolae-dimediasi endositosis merupakan mekanisme lain yang terlibat dalam penyerapan asam pengiriman sistem [85] nukleat. Setelah internalisasi, sistem pengiriman diapit caveolin-dilapisi vesikel disebut caveosomes yang non-asam. Nuklease dan enzim degradatif lainnya adalah tidak adanya di caveosomes. Sistem pengiriman dapat langsung diangkut ke Golgi dan / atau retikulum endoplasma, sehingga menghindari degradasi lisosomal. Karena caveolin yang berlimpah disajikan dalam banyak tipe sel termasuk jaringan paru-paru [92] dan [93], itu adalah jalur penting internalisasi sel dalam pengiriman paru, dan mungkin rute yang lebih efisien dibandingkan dengan clathrin-mediated endositosis, terutama dengan sistem pengiriman yang tidak memiliki kemampuan untuk melarikan diri dari kompartemen endosomal asam.
The jebakan dari siRNA dalam endosomes / lisosom tidak hanya mengarah pada degradasi asam nukleat, tetapi juga dapat memicu aktivasi kekebalan bawaan. Ada bukti telah menyarankan bahwa siRNA sintetik dapat diakui oleh pulsa-like receptors (TLRs), TLR7 dan TLR8, di dalam kompartemen endosomal, sehingga merangsang respon imun bawaan [94], [95] dan [96]. Modifikasi 2 'siRNA bisa menghindari masalah tetapi pendekatan ini dapat mempengaruhi efisiensi pembungkaman gen. Atau, awal melarikan diri dari atau sama sekali melewati endosomes selama proses pengiriman intraseluler mungkin bisa menghindari aktivitas imunostimulan siRNA. Moschos et al. [61] melaporkan bahwa ketika TAT-terkonjugasi siRNA diberikan ke paru-paru mouse, tidak ada respon imun diamati. Namun ketika
penetratin-terkonjugasi siRNA diberikan dengan cara yang sama, respon imun bawaan diamati, kemungkinan melalui aktivasi TLR. Sejak siRNA, TAT atau penetratin saja tidak menginduksi respon imun bawaan, nasib berbeda antara TAT-terkonjugasi dan penetratin-terkonjugasi sistem siRNA hanya bisa dijelaskan oleh mekanisme serapan yang berbeda selular mereka. Penelitian ini menunjukkan pentingnya jalur serapan seluler dan perdagangan intraseluler dalam membangun profil keselamatan serta efisiensi pengiriman siRNA.
Terakhir, fagositosis adalah mekanisme lain serapan seluler yang terjadi pada saluran pernapasan. Karena ini rute serapan hanya dapat dilakukan oleh sel-sel khusus seperti makrofag alveolar, tidak diharapkan untuk memainkan peran penting dalam pengiriman siRNA [85]. Kecuali siRNA terapi ditujukan untuk target makrofag alveolar, misalnya pengobatan infeksi mycobacterium, jalur ini harus benar-benar dihindari, sebagai molekul yang diambil jalur ini pada akhirnya terdegradasi di phagolysosomes dari sel.
3. Paru rute pemberian
Pengiriman paru secara langsung pada manusia dicapai dengan menghirup aerosol yang dihasilkan baik oleh inhaler atau nebulizer. Sebelum agen terapi baru digunakan dalam percobaan klinis pada manusia, maka harus menunjukkan pra-klinis keberhasilan dalam model hewan sesuai dengan translatability baik untuk manusia [97]. Tidak ada pengecualian untuk terapi siRNA. Dalam tambahan untuk inhalasi, rute intratracheal dan intranasal sering digunakan untuk memberikan agen terapeutik termasuk siRNA ke paru-paru hewan karena setup yang relatif sederhana. Ringkasan dari penelitian in vivo non-virus pengiriman siRNA ke paru-paru diberikan dalam Tabel 2, dan rute administrasi umum digunakan dalam studi ini diilustrasikan pada Gambar. 3. Metode intratrakeal dan intranasal mungkin tidak praktis dalam pengaturan klinis. Rute intratrakeal merupakan metode invasif pengiriman yang tidak sesuai untuk digunakan manusia. Keberhasilan dalam memberikan siRNA melalui rute intranasal pada hewan pengerat yang merupakan bernapas hidung obligat tidak dapat diekstrapolasikan ke manusia karena penggunaan dari anatomi paru-paru yang sangat berbeda [98]. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan rute pemberian pada hewan percobaan ketika menilai pengiriman dan kemanjuran terapi formulasi untuk pengiriman paru-paru.
Tabel 2. Ringkasan dari studi in vivo non-virus pengiriman siRNA ke paru-paru.
Rute pemberian siRNA / siRNA model target vektor Pengiriman Hewan Catatan Tahun
Ref
Intranasal PAI-1 Naked siRNA C57BL dimodifikasi / 6 tikus Berhasil mengurangi PAI-1 tingkat dalam cairan bronchoalveolar 2.010
[58]
Intranasal siRNA-Cy3 Naked dimodifikasi siRNA C57BL / 6 tikus rendah dan homogen siRNA distribusi di paru-paru 2.010
[60]
Intranasal GAPDH Polymer (kitosan, kitosan-imidazol) BALB / c tikus ~ 45% knockdown efisiensi untuk kedua formulasi 2.010
C57BL / 6 tikus [99]
Intratrakeal Siglo Lipid Hijau (DharmaFECT) C57BL / 6 tikus siRNA didistribusikan dalam sel epitel saluran pernapasan dan bronkiolus 2010
SPARC Berhasil mengurangi peradangan di paru-paru [59]
Intratrakeal siRNA-Cy3 siRNA dimodifikasi Naked (2'O-metil modifikasi) C57BL / 6 tikus tinggi dan distribusi siRNA homogen di paru-paru 2.010
E-cadherin Liposom siRNA (AtuFECT01/DPhyPE/DSPE-PEG) Naked dihasilkan kecil (~ 21%) knockdown dari E-kaderin tetapi tidak target lain [60]
VE-cadherin Lipoplex membangkitkan peradangan di paru-paru
SFPD
Intratrakeal XCL1 Naked siRNA C57BL dimodifikasi / 6 tikus Ekspresi XCL1 ditindas oleh ~ 40-50% pada tingkat mRNA dan protein 2009
[36]
Intranasal EHV-1 Naked dimodifikasi siRNA BALB / c tikus Berhasil menghambat infeksi virus 2009
Lipid (Lipofectamine) Tidak ada perbedaan yang signifikan antara siRNA telanjang dan lipoplex [31]
Intratrakeal Siglo merah Liposom (DOTAP) Athymic telanjang retensi tikus lebih lama di paru-paru dibandingkan dengan rute intravena administrasi 2.009
[100]
Intratrakeal EGFP Polimer (PEI dan PEI-PEG) C57BL / 6 tikus efisiensi ~ 42% knockdown dari PEI-PEG formulasi 2.009
[70]
Inhalasi (Nebulizer) Akt1 Polymer (polyesteramine) A / J tikus Berhasil perkembangan kanker paru ditekan 2.008
K-rasLA1 tikus [57]
Intratrakeal p38 MAP kinase Naked siRNA BALB / c tikus Peptida-siRNA formulasi tidak meningkatkan knockdown dibandingkan dengan siRNA telanjang dan respon inflamasi diinduksi 2007
Lipid (kolesterol) Kolesterol-siRNA formulasi meluas durasi tapi tidak besarnya knockdown dibandingkan dengan siRNA telanjang [61]
Sel penetrasi peptida (TAT dan penetratin)
Intranasal GFP Polymer (kitosan) C57BL / 6 tikus knockdown GFP signifikan pada sel epitel bronkiolus, ekspresi ~ 37% dari GFP dibandingkan dengan mismatch GFP 2006
[101]
Intranasal RSV-P siRNA dimodifikasi Naked (C6-tiol modifikasi) BALB / c tikus Kedua formulasi efektif menghambat infeksi RSV 2.005
Lipid (Transit-TKO) Transfeksi efisiensi siRNA telanjang adalah ~ 70-80% dari lipoplex [102]
SiRNA intranasal dimodifikasi siSC2-5 Naked rhesus Berhasil menghambat replikasi SCV di saluran pernapasan monyet 2.005
[34]
Fas intratrakeal siRNA dimodifikasi Naked C57BL / 6 tikus ekspresi mRNA Fas dan caspase 8 secara signifikan berkurang pada jaringan paru-paru 2.005
Caspase 8 Hewan yang dilindungi dari syok hemoragik dan sepsis-induced cedera paru-paru akut [103]
KC intratrakeal Naked dimodifikasi siRNA C57BL / 6 tikus ekspresi mRNA dari KC dan MIP-2 berkurang ~ 40% di jaringan paru-paru, IL-6 dan aktivitas MPO juga berkurang 2.005
MIP-2 [104]
Intranasal HO-1 Naked dimodifikasi siRNA C57BL / 6 tikus Berhasil membungkam ekspresi gen endogen dalam paru-paru 2.004
[105]
Intranasal GAPDH Surfaktan (InfaSurf) C57BL / 6 tikus tingkat GAPDH di paru-paru terhambat sampai 50% dalam 24 jam dan 67% dalam 7 hari 2.004
[106]
Intranasal + NP Lipid intravena (Oligofectamine) mengoceh / cAnNCR tikus Intranasal + pengiriman intravena berhasil menghambat replikasi virus pada tempat infeksi, kurang efektif bila hanya rute intravena digunakan 2004
PA [107]
Ukuran penuh meja
Tabel pilihan
Gambar. 3. Skema menggambarkan rute administrasi siRNA ke dalam paru-paru yang digunakan dalam penelitian in vivo. (A) rute intratrakeal - trakea hewan terkena pembedahan dan tabung dimasukkan melalui sayatan dibuat antara cincin trakea. Solusi / suspensi ditanamkan melalui tabung menggunakan microsyringe. (B) Oro-trakea rute - hewan yang diintubasi dari mulut ke trakea dan solusi / suspensi ditanamkan melalui rongga mulut untuk menghindari kebutuhan operasi. (C) Intranasal rute - sebuah mikropipet atau kateter berisi larutan / suspensi dimasukkan lembut ke Naris dari hewan dan solusi / suspensi secara perlahan ditanamkan ke dalam rongga hidung.
Gambar pilihan
3.1. Penghirupan rute
Inhalasi adalah yang paling populer dan cara non-invasif untuk memberikan agen terapeutik ke dalam paru-paru. Tiga jenis utama dari perangkat inhalasi saat ini tersedia untuk memberikan obat ke paru-paru melalui inhalasi. Ini termasuk inhaler dosis terukur (MDI), inhaler bubuk kering (DPIs) dan nebulizers. Dengan modifikasi yang tepat dan optimasi, perangkat ini bisa diterapkan untuk pengiriman paru siRNA. Sampai saat ini, MDI adalah inhaler paling umum digunakan. Mereka adalah bentuk sediaan bertekanan di mana agen terapeutik baik terlarut atau tersuspensi dalam propelan seperti chlorofluorocarbons (CFC) dan hydrofluoroalkanes (HFAs). Propelan berfungsi untuk memberikan tekanan mengemudi untuk aerosolize obat untuk inhalasi ke dalam saluran pernapasan. Namun kedua CFC dan HFAs diketahui memiliki dampak lingkungan. Kompatibilitas formulasi dengan propelan adalah masalah potensial dan deposisi paru-paru umumnya miskin dengan MDI. Ini mungkin bukan arah yang terbaik untuk mengembangkan siRNA inhalable.
DPIs adalah sistem aerosol di mana obat yang dihirup sebagai awan partikel kering. Penggunaan DPIs tampaknya menjadi cara yang menjanjikan untuk memberikan siRNA ke paru-paru karena mereka menunjukkan sukses dalam pengiriman vivo makromolekul terapi lainnya termasuk insulin [108], hormon paratiroid [109] dan heparin berat molekul rendah [110] dan [111] . Tantangan formulasi dan solusi potensial untuk pengiriman makromolekul seperti protein sebagai aerosol bubuk telah ditinjau [112]. Merumuskan makromolekul biologis sebagai bubuk untuk pengiriman aerosol merupakan tantangan karena memerlukan bukan segi saja dan redispersibilitasnya dari bubuk tetapi juga stabilitas
biokimia dari makromolekul. Untuk memenuhi kebutuhan kedua, protein biasanya dirumuskan dalam gelas amorf yang, bagaimanapun, secara fisik tidak stabil dan cenderung mengkristal dengan antar-partikulat pembentukan ikatan dan hilangnya dispersiblity bubuk. Selain itu, persyaratan stabilitas biokimia membatasi proses manufaktur yang dapat digunakan untuk produksi protein bubuk. Masalah serupa akan ditemui untuk siRNA. Namun demikian, cara yang mungkin untuk mengatasi tantangan-tantangan ini telah ditangani [112]. Bentuk bubuk dihirup kering insulin (Exubera, dipasarkan oleh Pfizer) disetujui di Eropa dan Amerika Serikat untuk pengobatan diabetes pada tahun 2006 [113]. Meskipun produk tersebut ditarik dari pasar pada tahun berikutnya, Pfizer menekankan bahwa penjualan mengecewakan adalah alasan utama untuk penarikan ketimbang isu-isu keselamatan atau kemanjuran [114]. Profil keamanan insulin dihirup memang meyakinkan dan kemanjuran itu tidak kalah dengan formulasi injeksi konvensional [115], [116], [117], [118] dan [119]. Sebuah inhalable kedua insulin produk dalam bentuk bubuk kering, Afresa, saat ini sedang menunggu persetujuan FDA. Hal ini mendorong pengembangan lebih lanjut dari bentuk bubuk kering makromolekul untuk inhalasi.
Ada desain yang berbeda dari perangkat DPI dan kinerja pengiriman mereka mungkin bervariasi. Keuntungan utama dari DPIs adalah peningkatan stabilitas dan sterilitas biomolekul lebih aerosol cair, dan formulasi propelan bebas [120]. Bentuk bubuk kering inhalable protein dan peptida yang umumnya dihasilkan oleh semprot-pengeringan [121] dan [122] dan teknik yang sama dapat diterapkan untuk siRNA [122] dan [123]. Ukuran produk semprot-kering harus hati-hati dioptimalkan untuk pengiriman yang efisien ke situs yang diinginkan di sepanjang saluran pernapasan. Seorang agen pengiriman cocok atau formulasi yang diperlukan untuk melindungi asam nukleat dari degradasi yang disebabkan oleh gaya geser dan menaikkan suhu selama proses pengeringan. Kelemahan utama dari DPIs adalah bahwa deposisi obat bisa tergantung pada laju aliran inspirasi pasien. Oleh karena itu perangkat DPI yang cocok harus hati-hati dirancang untuk meminimalkan variasi tersebut. Selain itu, masalah yang berkaitan dengan de-agregasi bubuk kering harus diatasi [120].
Nebulizers digunakan untuk menghasilkan aerosol cair dan dapat dimanfaatkan untuk memberikan volume besar solusi obat atau suspensi untuk inhalasi. Mereka sering digunakan untuk obat yang tidak cocok untuk dirumuskan menjadi MDI atau DPIs, dan dapat dipertimbangkan untuk pengiriman siRNA. Selama proses nebulization, tegangan geser tinggi diberikan pada siRNA yang dapat menyebabkan degradasi asam nukleat. Ini adalah masalah tertentu sebagai 99% dari tetesan aerosol yang dihasilkan akan didaur ulang kembali ke dalam reservoir [41] dan tegangan geser dapat berulang kali diberikan kepada asam nukleat. Selain itu, biomolekul cenderung kurang stabil dalam bentuk cair kemudian dalam bentuk bubuk kering. Stabilitas adalah perhatian utama dalam memberikan siRNA dengan nebulizers. Sebuah vektor pengiriman cocok Oleh karena itu diperlukan untuk melindungi siRNA dari degradasi baik fisik dan kimia.
Meskipun inhalasi adalah cara yang umum untuk memberikan obat ke paru-paru, untuk pengetahuan terbaik kami, tidak ada studi in vivo pada terapi siRNA ditujukan untuk inhalasi. Sebagian besar penelitian in vivo menggunakan rute baik intratracheal atau intranasal pengiriman ke paru-paru. Hal ini bisa disebabkan oleh kesulitan dalam merumuskan siRNA inhalable, terutama dalam menjaga stabilitas dan aktivitas biologis siRNA selama manufaktur dan proses pengiriman. Baru-baru ini, Jensen et al. [123] melaporkan produksi siRNA dimuat poli (d, l-laktida-co-glycolide) (PLGA) nanopartikel dengan spray-pengeringan. Integritas dan aktivitas biologis siRNA berhasil diawetkan selama proses pengeringan dan sifat fisikokimia partikel yang cocok untuk inhalasi. Ini akan menarik untuk mengevaluasi kinerja vivo dari formulasi tersebut.
3.2. Intratrakeal rute
Rute intratrakeal umumnya digunakan untuk pengiriman paru-paru dalam studi hewan untuk semua jenis obat. Namun aplikasi klinis sangat terbatas. Metode ini awalnya digambarkan sebagai suatu teknik untuk mengevaluasi paparan toksisitas saluran pernapasan dari bahan udara [42]. Ini kemudian diadaptasi untuk menilai pemberian obat paru, terutama pada hewan pengerat [64]. Rute intratrakeal adalah teknik pengiriman non-fisiologis dan sangat tidak nyaman [42], oleh karena itu tidak digunakan sebagai rute rutin pemberian obat untuk digunakan manusia. Metode tradisional memerlukan prosedur pembedahan termasuk tracheostomy, dan hewan harus dibius, biasanya dengan natrium pentobarbital atau kombinasi xylazine dan ketamin. Hewan tersebut kemudian ditempatkan pada papan bedah. Trakea terkena dan tabung endotrakeal atau jarum dimasukkan melalui sayatan dibuat antara cincin trakea kartilaginosa, memproyeksikan ujungnya pada posisi yang ditentukan sebelum bifurkasi trakea. Solusi obat atau suspensi ditanamkan dalam saluran udara melalui tabung menggunakan microsyringe (Gambar 3a).
Sebuah cara yang relatif non-invasif untuk mencapai pengiriman paru melalui rute intratracheal digambarkan oleh Bivas-Benita et al. [124]. Tidak ada prosedur pembedahan diperlukan namun hewan masih perlu dibius. Sementara masih di bawah anestesi, lidah hewan yang lembut ditarik keluar dan microsprayer atau mirip perangkat dengan hati-hati dimasukkan endotracheally untuk memberikan aerosol ke dalam paru-paru. Atau hewan diintubasi melalui mulut dan trakea menggunakan kateter atau jarum dan obat sedang ditanamkan dalam bentuk larutan atau suspensi. Dalam prosedur ini, karena pengiriman dilakukan melalui mulut, hal ini juga disebut sebagai oro-trakea rute [64], namun pemasangan yang benar ke trakea mungkin tidak lurus ke depan (Gambar 3b).
Banyak penelitian in vivo dipekerjakan rute intratracheal untuk memberikan siRNA ke paru-paru [36], [59], [61], [70] dan [100]. Keuntungan utama dari pengiriman intratracheal adalah bahwa hal itu menjamin efisiensi pengiriman tinggi dengan obat minimal hilang, sehingga metode pengiriman yang sangat baik untuk bukti-of-konsep studi saat pengiriman lokal ke paru-paru yang diinginkan.
Keberhasilan pengiriman siRNA intratracheal ke paru-paru mouse pertama kali dilaporkan oleh Perl et al. [103]. Kelompok ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan tikus dengan over-ekspresi GFP, tentang penerapan intratracheal GFP siRNA penargetan ditampilkan intensitas fluorescent berkurang di paru-paru tetapi tidak di hati atau limpa. Untuk menyelidiki efisiensi knockdown gen, siRNA penargetan fas dan caspase-8 yang disampaikan dengan cara yang sama. Ekspresi mRNA fas dan caspase-8 dalam jaringan paru-paru ditemukan dikurangi secara signifikan. Karya ini juga menunjukkan bahwa Sirnas tidak menginduksi radang paru-paru sebagaimana dinilai oleh jaringan paru-paru interferon-α, tumor necrosis factor-α (TNF-α) dan (IL) -6 tingkat interleukin. Menariknya, vektor pengiriman tidak diperlukan untuk mencapai di transfeksi siRNA vivo. Rosas-Taraco et al. [36] juga melaporkan keberhasilan pengiriman siRNA telanjang melalui rute intratracheal. Setelah siRNA aerosol menargetkan XCL1 diberikan intratracheally ke mouse terinfeksi TBC, ekspresi XCL1 di paru-paru ditindas oleh 40-50% pada kedua mRNA dan tingkat protein. Karena ekspresi XCL1 mempengaruhi pembentukan granuloma paru-paru yang diketahui terkait dengan infeksi tuberculosis mycobacterium, pengiriman lokal siRNA dapat dimanfaatkan sebagai terapi baru untuk pengobatan tuberkulosis. Pengamatan sukses dalam knockdown gen vivo dimediasi oleh siRNA telanjang dibahas kemudian.
Beberapa penelitian dilakukan untuk membandingkan membungkam siRNA dimediasi dengan atau tanpa pengiriman vektor melalui rute intratracheal. Moschos et al. [61] melaporkan bahwa siRNA telanjang gagal untuk memediasi setiap membungkam gen in vitro dalam baris sel fibroblast tikus sedangkan konjugasi siRNA untuk sel penetrasi peptida (TAT atau penetratin), atau pembawa lipid (kolesterol) mengakibatkan 20-40% gen membungkam berlaku pada mRNA tingkat. Anehnya ketika mereka melanjutkan ke penelitian in vivo, mereka menemukan bahwa siRNA telanjang berhasil menghasilkan knockdown gen 30-45% pada tingkat mRNA. Baik TAT maupun penetratin meningkatkan efisiensi transfeksi dibandingkan siRNA telanjang. Penggunaan peptida sel penetrasi bahkan ditemukan untuk memicu respon inflamasi pada jaringan paru-paru. Dalam sebuah penelitian yang lebih baru, Gutbier et al. [60] menunjukkan bahwa E-kaderin epitel berkurang moderat sebesar 21% pada jaringan paru-paru tikus setelah pengiriman intratracheal dari telanjang target khusus siRNA, tapi tidak ada penurunan yang signifikan dari endotel VE-cadherin atau lamin B1 diamati. Penggunaan lipid berbasis vektor pengiriman (DPhyPE / DSPE-PEG) ditemukan untuk membangkitkan respon inflamasi di paru-paru.
Meskipun keberhasilan rute intratracheal pengiriman siRNA pada model binatang, harus dicatat bahwa rute intratracheal adalah cara buatan untuk memberikan obat ke paru-paru. Obat deposisi oleh rute ini cenderung kurang seragam dibandingkan dengan inhalasi [64]. Karena rute intratracheal menghindari pengendapan orofaring, mengurangi kerugian obat. Selain itu, pengaruh ukuran aerosol yang merupakan faktor yang paling penting yang mempengaruhi deposisi paru-paru manusia bukanlah fokus penyelidikan dalam studi ini. Oleh karena itu sulit untuk bergantung pada rute pemberian secara akurat mengevaluasi efisiensi vivo pengiriman formulasi tertentu.
3.3. Intranasal rute
Intranasal rute adalah cara lain yang sangat populer untuk menyampaikan siRNA ke paru-paru dalam studi hewan [31], [34], [58], [60], [99], [101], [102], [105], [106 ] dan [107], sebagian karena setup yang mudah eksperimen. Hewan-hewan biasanya ringan untuk sangat dibius. Formulasi siRNA kemudian ditanamkan drop-bijaksana untuk Naris untuk dihirup (Gambar 3c). Ada yang sejumlah studi menunjukkan keberhasilan dalam pengiriman siRNA ke paru-paru in vivo melalui rute ini. Zhang et al. [105] adalah yang pertama untuk menunjukkan bahwa paru-spesifik pengiriman siRNA dapat dicapai dalam tikus dengan pemberian intranasal tanpa perlu untuk setiap vektor pengiriman. SiRNA Naked menargetkan untuk heme oxygenase-1 (HO-1) efektif menekan ekspresi HO-1 gen dalam model paru-paru terluka mouse. Segera, pengiriman siRNA telanjang melalui rute intranasal terbukti sukses dalam menghambat virus infeksi paru-paru pada tikus [31] dan [102] dan rhesus [34].
Karena anatomi dan fisiologi paru-paru antara tikus dan manusia sangat berbeda, keberhasilan kita lihat dalam pengiriman siRNA intranasal ke paru-paru tidak dapat dengan mudah diterjemahkan untuk penggunaan manusia. Tikus adalah bernapas hidung wajib, maka tidak mengherankan untuk melihat proporsi yang tinggi dari siRNA disampaikan melalui hidung itu disimpan di paru-paru. Selain itu, penggunaan anestesi dalam studi hewan mungkin telah terganggu aksi mukosiliar [125], sehingga overestimating efisiensi transfeksi dari formulasi. Dalam rangka untuk mengevaluasi kelayakan pengiriman paru melalui rute hidung pada manusia, Heyder et al. [126] melakukan percobaan pada sukarelawan dewasa sehat yang diminta untuk menghirup mono-membubarkan partikel melalui hidung pada aliran tetap dan volume. Ditemukan bahwa hanya sekitar 3% dari 1-5 partikel pM disimpan di saluran udara bronkus melalui pernapasan hidung. Sebagian besar partikel yang disimpan di hidung gantinya. Untuk alasan ini, rute intranasal sangat cocok untuk memberikan siRNA ke daerah nasofaring.
Bahkan salah satu percobaan klinis pada manusia, yang saat ini pada tahap II fase, menggunakan rute ini untuk memberikan siRNA untuk pengobatan infeksi RSV manusia [15] dan [16]. RSV adalah penyakit saluran pernapasan atas. AlN-RSV01 adalah siRNA, dikembangkan oleh Alnylam Pharmaceuticals, yang dirancang untuk menghambat replikasi RSV dengan mengganggu sintesis protein nukleokapsid virus. Sejak RSV ulangan hampir secara eksklusif di lapisan terluar sel tunggal dari epitel pernapasan, termasuk lapisan bagian hidung dan trakea, pengiriman lokal AlN-RSV01 ke nasofaring berpotensi mengobati infeksi. AlN-RSV01 disampaikan tanpa vektor pengiriman sebagai semprot hidung dan target saluran pernapasan bagian atas bukannya daerah paru-paru yang mendalam. Penulis juga menunjukkan bahwa semprot hidung AlN-RSV01 tidak akan diharapkan untuk mencapai saluran pernapasan bagian bawah, dan pengembangan obat aerosol yang menargetkan saluran pernapasan bagian bawah akan diinginkan dalam percobaan di masa depan untuk pengobatan alami terinfeksi pasien [16].
Selanjutnya, intranasal rute sedang dikembangkan untuk waktu yang lama untuk mengelola makromolekul seperti protein dan peptida untuk pengiriman sistemik [125] dan [127]. Luas permukaan yang relatif besar serap dalam rongga hidung dan vaskularisasi tinggi dari mukosa hidung memfasilitasi penyerapan cepat. Rute intranasal jelas rute untuk mengeksplorasi untuk pengiriman sistemik siRNA.
4. Non-viral pengiriman siRNA ke paru-paru
Sebuah vektor pengiriman seringkali diperlukan untuk memfasilitasi pengiriman selular siRNA sebagai, sangat dituntut sifat hidrofilik dari makromolekul membuatnya tidak dapat menyeberangi membran biologis untuk mencapai situs target. Karena masalah keamanan dengan virus-vektor, studi siRNA banyak pengiriman fokus pada pengembangan non-virus vektor. Sebuah vektor siRNA yang ideal pengiriman harus terdiri dari kriteria berikut: (i) mengembun siRNA menjadi partikel nanosized, (ii) melindungi siRNA dari degradasi enzimatik, (iii) memfasilitasi serapan seluler, (iv) mempromosikan melarikan diri endosomal, (v) siRNA rilis ke sitoplasma di mana RISC berada dan (vi) toksisitas diabaikan. Selain itu, pengiriman yang optimal harus dicapai tanpa mengorbankan aktivitas gen membungkam dan spesifisitas siRNA. Umumnya digunakan non-virus siRNA vektor yang meliputi pengiriman lipid, polimer dan peptida. Menariknya, siRNA telanjang juga ditemukan untuk menjadi sukses dalam memproduksi efek gen silencing in vivo. Vektor ini diilustrasikan pada Gambar. 4 dan pengiriman paru menggunakan masing-masing sistem dibahas secara rinci.
Gambar. 4. Skema ilustrasi yang berbeda non-virus metode yang umum digunakan dalam pengiriman siRNA.
Gambar pilihan
4.1. Naked siRNA
'SiRNA telanjang' istilah atau 'siRNA unformulated' mengacu pada pengiriman siRNA tanpa menggunakan agen pengiriman. Ini termasuk pengiriman baik siRNA dimodifikasi dan dimodifikasi siRNA, dirumuskan dalam eksipien sederhana garam atau lainnya seperti dekstrosa 5%. Karena siRNA dimodifikasi rentan terhadap degradasi nuklease, siRNA dimodifikasi secara kimia diperkenalkan awalnya untuk mengatasi masalah ini dengan meningkatkan resistensi nuklease. SiRNA juga dapat dimodifikasi secara kimia untuk meningkatkan potensi, spesifisitas meningkat, mengurangi respon imun dan mengurangi efek off-target. Subyek modifikasi siRNA telah sepenuhnya ditinjau oleh Watts et al. [128]. Pertimbangan utama dari modifikasi siRNA adalah untuk memastikan bahwa pembungkaman gen efisiensi siRNA tidak terpengaruh.
Sementara pengiriman sistemik siRNA telanjang umumnya gagal untuk menghasilkan efek gen membungkam signifikan [35], [129] dan [130], mengejutkan ada beberapa keberhasilan dalam memberikan telanjang, siRNA dimodifikasi secara lokal termasuk ke paru-paru [31], [34] , [36], [58], [60], [102], [103] dan [105] (Tabel 1). Beberapa studi telah dibahas dalam bagian 2.3.2 dan 2.3.3. Biasanya siRNA telanjang yang diadministrasikan baik intranasal atau intratracheally untuk mouse dan siRNA yang ditargetkan terhadap gen endogen atau virus. Dalam beberapa kasus, penggunaan vektor pengiriman seperti lipid atau peptida menunjukkan tidak ada perbaikan atau hanya marjinal efisiensi gen membungkam di paru-paru dibandingkan dengan siRNA telanjang [31], [61] dan [102]. Observasi ini benar-benar menarik, seperti pertanyaan tentang bagaimana siRNA telanjang melintasi membran biologis dalam rangka mencapai membungkam gen pasca-transkripsi masih harus dijawab, meskipun aktivitas nuklease berkurang di paru-paru dapat memberikan bagian dari penjelasan [70] . Bitko et al. [102] melaporkan bahwa siRNA telanjang dimodifikasi mampu mencegah infeksi virus pernapasan melalui siRNA-dimediasi knockdown gen ketika siRNA telanjang diadministrasikan intranasal di mouse. Para penulis menyarankan bahwa jaringan paru-paru mungkin lebih reseptif untuk bertukar molekul alami atau bila terinfeksi, dan penjelasan ini belum dapat dikonfirmasi.
Namun demikian, pengiriman siRNA telanjang telah diperpanjang untuk uji klinis. Seperti disebutkan dalam bagian sebelumnya, AlN-RSV01, yang merupakan bentuk modifikasi dari siRNA, yang diadministrasikan intranasal sebagai semprot hidung tanpa menggunakan setiap vektor pengiriman dan data awal dikonfirmasi efisiensi dalam mengurangi infeksi RSV [15] dan [16] . Terlepas dari misteri bagaimana siRNA telanjang dapat menyeberangi membran sel, mendapatkan akses ke dalam sitoplasma dan tetap utuh untuk melakukan tindakan biologis, kinerja siRNA telanjang sejauh pada model hewan dan studi manusia yang menjanjikan. Keuntungan utama menggunakan siRNA telanjang adalah kesederhanaan tanpa perlu memperhatikan tentang toksisitas dan respon inflamasi yang berkaitan dengan vektor pengiriman tertentu. Namun, harus ditekankan bahwa untuk membuat formulasi berlaku untuk pengiriman paru-paru yang mendalam pada manusia, inhalasi aerosol masih rute administrasi pilihan. Sebuah pembawa partikulat akan diminta untuk memberikan siRNA dalam bentuk bubuk kering, atau agen pengiriman akan diperlukan untuk melindungi siRNA dari gaya geser yang dihasilkan selama proses nebulizing dalam bentuk suspensi. Penggunaan agen pengiriman juga bisa meningkatkan sel-sel tertentu penargetan, meningkatkan farmakokinetik dan memfasilitasi serapan seluler [131]. Ada yang studi menunjukkan bahwa penggunaan vektor pengiriman dioptimalkan secara signifikan dapat meningkatkan efisiensi paru pengiriman hewan model termasuk satwa primata dibandingkan dengan siRNA telanjang [132] dan [133]. Oleh karena itu pengembangan vektor yang efektif untuk pengiriman siRNA paru masih menjadi fokus penelitian di lapangan.
4.2. Lipid-berbasis pengiriman vektor
Lipid berbasis sistem pengiriman biasanya digunakan untuk memberikan siRNA baik in vitro dan in vivo [134]. Biasanya lipid kationik atau liposom yang digunakan untuk membentuk kompleks dengan siRNA
bermuatan negatif melalui interaksi elektrostatik spontan dan kompleks yang disebut sebagai lipoplexes. Banyak agen siRNA transfeksi komersial merupakan lipid berbasis sistem, beberapa di antaranya juga digunakan dalam pengiriman paru vivo, misalnya Oligofectamine ™ [107], Transit-TKO [102] dan DharmFECT [59]. Tantangan utama menggunakan lipid berbasis vektor pengiriman di klinik adalah toksisitas mereka dan aktivasi non-spesifik sitokin inflamasi dan respon interferon [135]. Ketika lipoplexes harus menyemprot, perhatian khusus harus diberikan kepada stabilitas [136] karena mereka mungkin mengalami perubahan fisik dan kimia yang dapat mengakibatkan dalam rilis belum matang dan karenanya degradasi siRNA.
4.2.1. Kationik lipoplexes dan liposom
Dalam rangka untuk memaksimalkan stabilitas dan efisiensi pengiriman, dan meminimalkan efek samping beracun, sangat penting untuk mengoptimalkan komposisi lipid, lipid rasio siRNA dan metode lipoplexes persiapan. Lipoplexes mudah untuk mempersiapkan dan umumnya memiliki efisiensi transfeksi baik karena interaksi efisien dengan membran sel bermuatan negatif. Namun mereka juga menyajikan beberapa kelemahan seperti stabilitas miskin dan reproduktifitas miskin [137]. Selain itu, lipid kationik atau liposom umumnya lebih toksik daripada rekan-rekan mereka yang netral. Sebuah studi yang dilakukan oleh Dokka et al. [138] menunjukkan bahwa pemberian paru liposom kationik, Lipofectamine dan DOTAP, menimbulkan respon dosis toksisitas dan peradangan paru pada tikus. Efeknya lebih jelas dengan Lipofectamine multivalent daripada DOTAP monovalen. Selain itu, mereka menemukan bahwa liposom netral dan anionik tidak menunjukkan toksisitas paru-paru.
4.2.2. Pegylated lipid
Untuk menghindari masalah yang berhubungan dengan muatan permukaan positif, polimer hidrofilik seperti polyethylene glycol (PEG) telah digunakan untuk melindungi muatan permukaan lipid kationik atau liposom, dengan upaya untuk mengurangi respon inflamasi. PEG kovalen terkait dengan fosfolipid telah digunakan selama bertahun-tahun untuk memperpanjang sirkulasi dalam aliran darah dengan mengurangi opsonisasi dan sel selanjutnya menangkap oleh sistem fagosit mononuklear [139]. The lipid kationik, Lipid Genzyme (GL-67), sebelumnya diselidiki untuk pengiriman DNA plasmid ke paru-paru untuk fibrosis kistik pengobatan dalam uji klinis pada manusia [140] dan [141]. GL-67 terdiri dari DOPE: DMPE-PEG5000 (pada rasio molar 1:2:0.05) yang dikomplekskan dengan DNA dan lipoplexes dihasilkan menyemprot dan diadministrasikan pada pasien dengan nebulizer jet. Untuk pasien yang menerima pengobatan, kelainan klorida mereka ditemukan secara signifikan ditingkatkan dan kepatuhan bakteri di paru-paru berkurang. Hasil yang menjanjikan telah menyebabkan penyelidikan dari sistem lipid berbasis sama untuk pengiriman siRNA. Griesenbach et al. [142] menilai efisiensi vivo GL-67 dalam memberikan siRNA ke dalam paru-paru tikus melalui rute intranasal. SiRNA menargetkan β-galaktosidase (β-gal) ditemukan dilokalisasi dalam makrofag alveolar. β-gal mRNA berkurang sekitar 33%, tetapi tidak ada perubahan yang signifikan dalam β-gal ekspresi protein. Mungkin penggunaan nebulizer dapat dipertimbangkan untuk penyelidikan lebih lanjut dari sistem lipidic.
4.2.3. Netral lipid
Selain pegilasi, cara lain untuk menghindari toksisitas dan respon inflamasi lipid berbasis sistem adalah dengan menggunakan netral lipid berbasis sistem. Meskipun sistem netral memiliki profil keamanan yang lebih menguntungkan, kurangnya interaksi dengan siRNA bermuatan negatif telah membatasi penggunaan mereka sebagai vektor pengiriman. Ada beberapa metode untuk mengatasi masalah ini. Salah satu strategi adalah untuk menghubungkan siRNA dan lipid bersama-sama melalui konjugasi langsung bukan interaksi elektrostatik. Telah menunjukkan bahwa bahan kimia konjugasi siRNA kolesterol dapat memfasilitasi serapan siRNA in vivo setelah pemberian sistemik [143]. Moschos et al. [61] menerapkan strategi ini untuk pengiriman paru siRNA. Kolesterol-siRNA konjugasi dikirim ke tikus dengan pemberian intratracheal. Durasi efek gen knockdown diperpanjang oleh sistem kolesterol-terkonjugasi pada tingkat mRNA dibandingkan dengan siRNA telanjang. Namun besarnya knockdown tidak diperbaiki. Yang penting, kolesterol-siRNA konjugasi tidak menimbulkan peradangan pada jaringan tikus.
4.2.4. Lipid partikel
Sebuah strategi alternatif untuk meningkatkan profil lipid keamanan berbasis sistem untuk merangkum siRNA dalam partikel lipid netral. Semple et al. [144] memperkenalkan pemanfaatan aminolipids pH terionisasi sensitif untuk memfasilitasi enkapsulasi efisien oligonukleotida antisense dalam vesikel lipid. Karakteristik penting dari lipid adalah bahwa mereka menunjukkan muatan positif pada pH asam dan muatan netral pada pH fisiologis, sehingga memberikan sarana untuk lipid untuk efisien berinteraksi dengan asam nukleat dan vesikel lipid dapat diberikan netral pada pH fisiologis. Semple et al. dikembangkan lebih lanjut teknik ini untuk menghasilkan partikel yang stabil lipid asam nukleat (SNALP) ukuran seragam dengan enkapsulasi siRNA tinggi dan efisiensi pengiriman [145]. Dua parameter penting yang mendasari desain lipid untuk SNALP-dimediasi pengiriman (i) pKa dari lipid kationik terionisasi, yang menentukan muatan permukaan partikel lipid dalam kondisi pH yang berbeda, dan (ii) kemampuan, ketika diprotonasi, untuk mendorong struktur fase nonbilayer bila dicampur dengan lipid anionik. Ini milik lipid menentukan kapasitas membran mendestabilisasi dan potensi endosomolytic dari partikel lipid. SNALP tersebut menunjukkan efisien dalam membungkam gen vivo bila diberikan intravena pada primata bukan manusia [145] dan [146]. Sistem ini dapat lebih dimanfaatkan untuk pengiriman paru.
4.2.5. Lipid-seperti molekul
Baru-baru ini, sebuah kelas baru lipid-seperti molekul pengiriman, lipidoids disebut, dikembangkan untuk pengiriman siRNA [132] dan [147]. Pendekatan combinatory dipekerjakan untuk memungkinkan sintesis cepat dari perpustakaan besar lipidoids struktural beragam. Perpustakaan itu diputar untuk
kemampuan untuk memberikan siRNA in vitro dan in vivo. Kandidat utama dalam dimediasi knockdown vivo siRNA gen diidentifikasi sebagai 98N12-5. Sistem ini diuji untuk kemampuan untuk menghambat replikasi RSV di paru-paru. Setelah pemberian intranasal dengan model tikus infeksi RSV, siRNA telanjang disediakan satu pengurangan log in plak virus pada jaringan paru-paru, sedangkan sistem lipoidoid dengan dosis yang sama dari siRNA diberikan pengurangan log lebih besar dari dua plak virus [132]. Metode ini memberikan kemungkinan desain baru yang cepat lipid berbasis bahan untuk pengiriman siRNA paru.
4.3. Polymer berbasis pengiriman vektor
Salah satu sifat yang menarik dari polimer berbasis vektor pengiriman adalah sifat serbaguna mereka yang memungkinkan karakteristik fisikokimia mereka untuk dimodifikasi relatif mudah untuk menyesuaikan tujuan mereka. Selain itu, telah menyarankan bahwa polimer umumnya tidak menimbulkan sekuat respon imun sebagai liposom [13]. Secara umum, polimer berbasis vektor dapat dibagi menjadi dua kategori: polycations dan nanopartikel polimer. Polycations sintetis seperti polyethylenimine (PEI) [87], polyamidoamine (PAMAM) dendrimers [148] dan polycations alami seperti kitosan [149] yang digunakan untuk menyampaikan DNA untuk waktu yang lama. Polimer ini memiliki densitas muatan yang tinggi kationik dan polyplexes bentuk spontan dengan asam nukleat bermuatan negatif melalui interaksi elektrostatik. Ukuran polyplexes dipengaruhi oleh berat molekul polimer, rasio biaya, pH dan kekuatan ionik media. Sebuah muatan positif bersih diperlukan untuk menjaga stabilitas koloid dari polyplexes. Karena perbedaan sifat fisikokimia antara DNA plasmid dan siRNA, pendekatan ini ditemukan kurang berhasil dalam memberikan siRNA [150]. Struktur kaku dari hasil siRNA dalam interaksi lemah dengan polycations [151]. Sebagai konsekuensinya, polyplexes kurang efisien dalam melindungi siRNA terhadap nuklease. Meningkatkan jumlah polycations mungkin menawarkan perlindungan yang lebih baik tapi mungkin berkontribusi terhadap toksisitas. Cara alternatif untuk memberikan siRNA menggunakan polimer adalah untuk mempersiapkan nanopartikel polimer yang biasanya nanopartikel padat yang terbuat dari polimer hidrofobik seperti poli (d, l-laktida-co-glycolide) (PLGA) [122] dan [152]. SiRNA adalah baik tersebar di seluruh matriks polimer, atau dikelilingi oleh shell polimer. Nanopartikel polimer bisa memberikan perlindungan yang lebih baik untuk siRNA, namun efisiensi loading adalah tantangan utama untuk metode pengiriman.
4.3.1. PEI
Polimer sintetik PEI umumnya digunakan dalam pengiriman siRNA karena efisiensi pengiriman tinggi intraseluler nya. Menurut hipotesis proton spons seperti yang disebutkan sebelumnya dalam Bagian 2.2, kapasitas buffer yang tinggi PEI dalam asam yang endosomes mengarah ke pembengkakan dan pecahnya endosomes, sehingga meningkatkan melarikan diri endosomal [87]. PEI dianggap sebagai 'standar emas' dalam pengiriman gen in vitro dan efisiensi transfeksi tergantung pada berat molekul dan derajat percabangan. Merkel et al. [70] meneliti penggunaan polyplexes PEI dan PEI-PEG untuk pengiriman siRNA ke paru-paru. Para polyplexes mengandung EGFP siRNA penargetan diberikan kepada
EGFP aktin-mengekspresikan tikus melalui berangsur-angsur intratracheal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem PEI-PEG ditampilkan efisiensi pengiriman yang lebih baik dengan knockdown 42% ekspresi EFGP dalam jaringan paru-paru. Namun PEI-PEG polyplexes juga menghasilkan efek proinflamasi moderat sebagai tingkat TNF-α dan IL-6 yang meningkat. PEI juga mengaitkan dengan masalah seperti toksisitas relatif tinggi dan kurangnya biodegradabilitas [86]. Untuk mengatasi masalah ini, Xu et al. mengembangkan degradable baru PEI derivatif, poli (ester amina)-alt-PEG kopolimer dalam pengiriman siRNA vivo [57]. Sebuah studi sebelumnya mengkonfirmasi toksisitas biodegradabilitas dan rendah dari polimer ini [152]. Karena dalam pengiriman paru vivo, polyplexes mengandung siRNA menargetkan Akt1 yang menyemprot dan diberikan kepada model tikus kanker paru-paru melalui sistem-satunya hidung terhirup. Kanker paru-paru perkembangan tikus diperlakukan secara signifikan ditekan tanpa menunjukkan tanda-tanda signifikan toksisitas. Untuk memfasilitasi perkembangan derivatif PEI untuk pengiriman siRNA, Thomas et al. [153] mempekerjakan sintesis throughput yang tinggi dan metode skrining untuk membuat perpustakaan kombinatorial turunan PEI biodegradable untuk mengidentifikasi vektor baru untuk pengiriman gen. Penelitian difokuskan pada pengiriman DNA melalui suntikan intravena ke tikus dan teknik dapat dengan mudah diadaptasi untuk meneliti pengiriman siRNA paru.
4.3.2. Chitosan
Chitosan telah menarik banyak perhatian sebagai vektor potensial untuk pengiriman siRNA karena sifatnya alami, toksisitas biokompatibel, biodegradable dan rendah. Selain itu, sifat permeasi mukoadhesif dan mukosa kitosan membuatnya sangat menguntungkan untuk pengiriman paru. Sayangnya, itu hanya menunjukkan moderat in vitro dan in vivo efisiensi transfeksi, kemungkinan karena kemampuannya relatif lemah untuk mempromosikan melarikan diri endosomal [86] dan [149]. Chitosan berbasis formulasi untuk pengiriman siRNA telah sepenuhnya ditinjau oleh Mao et al. baru-baru ini [154]. Kelayakan dari penggunaan kitosan untuk memberikan siRNA ke paru-paru ditunjukkan oleh Howard et al. [101]. Nanopartikel kitosan / siRNA disusun oleh penambahan volume kecil siRNA ke dalam larutan stok kitosan dalam buffer natrium asetat. Setelah nanopartikel diberikan intranasal untuk EGFP-mengekspresikan tikus transgenik, jumlah EGFP mengekspresikan sel epitel di bronchioles berkurang 43% (dibandingkan dengan kontrol tidak diobati) dan 37% (dibandingkan dengan kontrol mismatch) [101], dan stabilitas dari sistem meningkat dengan berat molekul dan derajat deasetilasi [155]. Sebuah studi terbaru yang dilakukan oleh kelompok yang sama menggambarkan aerosolisasi nanopartikel kitosan / siRNA untuk administrasi intratracheal dengan upaya untuk meningkatkan deposisi paru-paru pada tikus [133]. Aerosol tersebut dihasilkan oleh AeroProbe ™ kateter nebulizing yang dimasukkan non-invasif ke dalam hewan di bawah pita suara. Ini rute pengiriman dibandingkan dengan rute intranasal dan, seperti yang diharapkan, hasil menegaskan bahwa formulasi aerosol meningkatkan deposisi paru-paru dari dosis siRNA yang sama, dan ekspresi EGFP dalam model tikus transgenik berkurang sebesar 68%. Namun penulis juga menunjukkan bahwa penyisipan kateter memastikan pengiriman yang cukup dan pengaruh ukuran dalam deposisi paru-paru tidak diselidiki. Ukuran tetesan aerosol yang dihasilkan dalam penelitian ini adalah sekitar 20 m yang tidak cocok untuk formulasi inhalable. Hal ini penting untuk mengurangi diameter tetesan dalam kisaran 1-5 pM untuk memungkinkan deposisi paru optimal dalam inhalasi berikut manusia. Untuk meningkatkan efisiensi
siRNA pengiriman kitosan, katas et al. [151] menggambarkan metode gelasi ionik menggunakan natrium tripolifosfat untuk menghasilkan nanopartikel siRNA. Bandingkan dengan kompleksasi elektrostatik, kitosan / siRNA nanopartikel diproduksi dengan metode gelasi ionik menunjukkan baik dalam efek membungkam gen vitro karena stabilitas yang lebih baik dan efisiensi beban yang lebih tinggi. Akan menarik untuk menilai kinerja vivo sistem tersebut melalui pengiriman paru.
4.3.3. PLGA
PLGA merupakan polimer biodegradable dan biokompatibel yang sedang diselidiki untuk memberikan pelepasan terkontrol makromolekul terapi seperti peptida, protein dan DNA plasmid [156] dan [157]. Fleksibilitas dari PLGA memungkinkan modifikasi kimia dan turunannya banyak PLGA dengan sifat disesuaikan dirancang untuk memenuhi tujuan pengiriman mereka. Tidak seperti polycations, PLGA tidak membentuk polyplexes dengan asam nukleat. Sebaliknya asam nukleat yang dikemas dalam nanopartikel PLGA. Dengan memanipulasi laju degradasi PLGA, rilis berkelanjutan dari asam nukleat dienkapsulasi dapat dicapai. Untuk merancang formulasi inhalable, ukuran partikel adalah sangat penting. Ganda emulsi-pelarut penguapan secara konvensional digunakan untuk menyiapkan nanopartikel PLGA dan partikel kering kemudian dikumpulkan oleh lyophilization [157]. Namun besar luas permukaan spesifik dari partikel sering menyebabkan agregasi dan pembentukan es selama proses liofilisasi juga memfasilitasi agregasi. Sebagai partikel Akibatnya disiapkan oleh metode ini tidak diinginkan untuk formulasi inhalable sebagai ukuran partikel yang besar kemungkinan akan berdampak di daerah orofaring. Takashima et al. [158] menunjukkan bahwa agregasi partikel PLGA yang mengandung DNA plasmid dapat diminimalisir secara efektif tanpa kehilangan efisiensi transfeksi in vitro menggunakan spray-drying teknik. Metode ini segera diadaptasi oleh Jensen et al. [123] yang menunjukkan siRNA produksi yang mengandung nanopartikel PLGA oleh semprot-pengeringan dengan distribusi ukuran terkontrol yang dimaksudkan untuk inhalasi. Nanopartikel PLGA adalah co-semprot-kering dengan eksipien karbohidrat seperti laktosa, trehalosa dan manitol untuk melindungi siRNA yang mengandung nanopartikel terhadap gaya geser dan menaikkan suhu selama proses pengeringan semprot, dan untuk memastikan ukuran partikel cocok untuk inhalasi . Sifat fisikokimia dan hasil bubuk formulasi dapat dioptimalkan dengan memvariasikan jumlah eksipien dan nanopartikel untuk rasio eksipien. Hasil penelitian menunjukkan bahwa integritas dan aktivitas biologis siRNA itu diawetkan selama proses pengeringan semprot. Potensi teknik ini untuk menghasilkan formulasi siRNA inhalable akan dikonfirmasi oleh penyelidikan lebih lanjut pada deposisi paru-paru dan efisiensi gen silencing in vivo.
4.4. Peptida berbasis pengiriman vektor
Sejak penemuan protein TAT dari HIV-1 yang bertanggung jawab untuk penyerapan selular virus [159], berbagai sel-penetrasi peptida (CPP) telah diturunkan atau disintesis. CPP sering digunakan untuk memfasilitasi pengangkutan makromolekul terapeutik ke dalam sel dan strategi ini telah diperpanjang untuk pengiriman siRNA [160] dan [161]. CPP dan derivatif yang diselidiki untuk pengiriman siRNA
termasuk TAT [61], [162] dan [163], penetratin [163], [164] dan [165], transportan [163], MPG [166] dan [167], Cady [168] dan [169] dan LAH4 [170]. Peptida yang baik kovalen melekat siRNA melalui pembentukan ikatan disulfida, atau mengikat siRNA melalui interaksi elektrostatik untuk membentuk kompleks dengan cara non-kovalen. Karena keragaman urutan CPP yang berbeda, mekanisme aksi mereka juga diharapkan dapat bervariasi. Beberapa peptida meningkatkan pengiriman seluler dengan transportasi efisien kargo mereka melintasi membran biologis, sedangkan yang lain melarikan diri mempromosikan endosomal dan mencegah degradasi lisosomal. Namun mekanisme yang tepat peptida ini masih kontroversial. Kegiatan CPP yang berbeda telah banyak terakhir [161], [167], [171], [172], [173] dan [174].
Meskipun berbagai CPP telah diteliti untuk pengiriman siRNA, sedikit studi yang melaporkan penggunaannya dalam pengiriman paru vivo. Untuk saat ini hanya satu kelompok telah menggambarkan penggunaan CPP dalam pengiriman vivo siRNA. Menggunakan siRNA penargetan p38 MAP kinase, Moschos et al. [61] dan [175] membandingkan efek gen membungkam antara siRNA telanjang, TAT-siRNA konjugasi dan penetratin-siRNA konjugasi baik in vitro dan in vivo. Peptida dikonyugasikan dengan siRNA melalui linkage disulfida. Konjugat siRNA semua, tapi tidak telanjang siRNA, menunjukkan pengurangan kecil tapi signifikan (20-36%) dari ekspresi p38 MAP kinase di tingkat mRNA dalam garis fibroblast tikus L929 sel. Menariknya, ketika sistem yang diadministrasikan intratracheally untuk model tikus, siRNA telanjang mampu menghasilkan knockdown 30-45% dari MAP kinase p38 di paru-paru hewan meskipun tidak adanya efek knockdown in vitro. Meskipun knockdown gen moderat diamati dalam sistem TAT-dan penetratin-siRNA terkonjugasi, peptida TAT atau penetratin saja juga menghasilkan tingkat knockdown yang sama, menunjukkan bahwa CPP bisa menjadi modulator ekspresi p38 MAP kinase dan efek knockdown gen tidak diproduksi oleh siRNA. Selanjutnya, penetratin-siRNA konjugasi ditemukan untuk merangsang dalam respon imun bawaan vivo, tetapi tidak dengan siRNA telanjang, TAT-siRNA konjugasi, penetratin atau TAT saja. Pemahaman mekanisme kegiatan CPP sangat penting untuk menentukan aplikasi mereka dalam pengiriman siRNA. Selain itu, telah menyarankan bahwa lampiran kovalen dari CPP ke siRNA mungkin memiliki efek negatif pada pengiriman selular sebagai aktivitas biologis dari peptida mungkin telah diubah selama modifikasi kimia [161]. Metode non-kovalen kompleks memberikan strategi alternatif tetapi efek dalam pengiriman paru-paru hewan model masih harus dilihat. Lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan di daerah ini untuk mengembangkan peptida berbasis sistem siRNA yang efektif vektor dalam pengiriman paru vivo.
5. Kesimpulan
Sejak penemuan siRNA, potensi terapeutik telah dengan cepat diakui. Banyak penelitian telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir dalam memberikan siRNA ke paru-paru untuk pengobatan penyakit paru-paru yang beragam. Namun sebagian besar dari investigasi ini fokus pada desain molekul siRNA untuk menargetkan penyakit tertentu, bukan melihat ke perspektif pengiriman. Dalam rangka untuk membuat terapi siRNA praktis dalam mengobati penyakit paru-paru manusia, kami percaya bahwa rute
inhalasi, terutama dalam bentuk bubuk kering, adalah yang terbaik dari pilihan. Sayangnya ada sangat sedikit literatur dijelaskan siRNA formulasi khusus dirancang untuk inhalasi untuk penggunaan klinis. Baru-baru ini, Jensen et al. [123] melaporkan pengeringan semprot metode untuk menghasilkan nanopartikel PLGA siRNA berbasis dengan sifat physiochemical yang ditujukan untuk inhalasi, tetapi mereka belum mencapai tahap penelitian in vivo belum.
Tantangan utama untuk pengiriman paru dari siRNA meliputi: (i) tidak ada hubungan yang jelas antara in vitro dan in vivo studi (misalnya siRNA telanjang gagal untuk menunjukkan efek gen membungkam in vitro dalam banyak studi, tetapi dalam studi in vivo sering terbukti sebaliknya ); (ii) sangat sulit untuk menerjemahkan informasi dari hewan (terutama hewan pengerat yang merupakan model yang paling sering digunakan) untuk manusia sebagai anatomi dan fisiologi saluran pernapasan antara hewan dan manusia sangat berbeda, dan (iii) administrasi rute yang digunakan untuk studi hewan tidak cocok untuk digunakan manusia, dan itu sangat sulit untuk mengevaluasi efisiensi pengiriman formulasi sebelum memasuki studi klinis. Karena banyak penelitian telah berhasil membuktikan efisiensi terapi siRNA pada penyakit paru-paru berbagai rintangan terakhir yang kita butuhkan untuk mengatasi adalah pengembangan inhalable dan formulasi siRNA yang stabil untuk digunakan manusia dalam cara yang praktis sebelum terapi siRNA untuk penyakit paru-paru menjadi tersedia di klinik .
Ucapan Terima Kasih
Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada The University of Hong Kong, Seed Pendanaan Program untuk dukungan keuangan.
Diterima: 01 July2010, Revisi dan Diterima: 23 Juli 2010
ABSTARCT
Paru-paru telah menjabat sebagai rute pemberian obat selama ribuan tahun. Sekarang pemberian obat paru sehari tetap rute disukai untuk
pemberian berbagai obat.
Pada artikel ini, kami merangkum alasan di balik kemajuan sistem pengiriman obat paru. Pemberian obat paru adalah penting
Penelitian daerah yang berdampak pada pengobatan penyakit termasuk asma, penyakit paru obstruktif kronik dan berbagai penyakit lainnya.
Terhirup memberikan akses yang paling langsung ke target obat. Dalam pengobatan penyakit pernafasan obstruktif, pengiriman paru dapat meminimalkan
efek samping sistemik, memberikan respon yang cepat dan meminimalkan dosis yang dibutuhkan karena obat ini disampaikan langsung ke zona melakukan paru-paru
Ini adalah. Teknik jarum beberapa bebas telah dikembangkan pada masa lalu, untuk meningkatkan kualitas sistem pengiriman obat paru tanpa
mempengaruhi integritas mereka. Artikel ini berfokus pada kemajuan terbaru dalam teknologi, perangkat, formulasi dan aplikasi obat paru
Sistem pengiriman.
Kata kunci: Inhaler, Aerosol, pemberian obat paru, inhaler bubuk kering, Meter inhaler dosis, nebulizer, fraksi partikel Fine.
PENDAHULUAN
Rute paru telah digunakan untuk mengobati berbagai pernafasan
penyakit selama berabad-abad. Terapi inhalasi kuno termasuk penggunaan
daun dari tanaman, uap dari tanaman aromatik, balsem, dan
myhrr. Namun, sekitar pergantian ke-19
abad, dengan
penemuan nebulizers cair, perawatan ini awal berkembang menjadi
sah farmasi terapi. Pada tahun 1920 s adrenalin adalah
diperkenalkan sebagai solusi nebulizer, pada tahun 1925 insulin babi nebulizer
digunakan dalam studi eksperimental pada diabetes, dan pada tahun 1945
pengiriman paru dari penisilin ditemukan baru-baru ini
diselidiki. steroid telah diperkenalkan pada pertengahan 1950-an untuk
pengobatan asma dan nebulizers sedang menikmati digunakan secara luas.
Pada tahun 1956 inhaler dosis meteran tekanan (pMDI) diperkenalkan,
selama 5 dekade terakhir, dibantu oleh kemajuan dalam desain molekul
dan penemuan obat pMDI telah meningkat menjadi tinggal utama
pengobatan asma .1
Selama dekade obat-obatan tertentu telah terjual dalam komposisi
cocok untuk membentuk dispersi obat untuk pengiriman paru untuk mengobati
berbagai kondisi pada manusia. Seperti pemberian obat paru
komposisi dirancang untuk disampaikan terhirup oleh
pasien dispersi obat sehingga obat aktif dalam
dispersi dapat mencapai paru-paru. Telah ditemukan bahwa beberapa
obat yang diberikan oleh rute paru yang mudah diserap melalui
daerah alveolar secara langsung ke dalam sirkulasi darah. Paru
Rute memiliki banyak keuntungan dibandingkan rute lain
administrasi untuk pengobatan negara penyakit tertentu,
terutama paru terkait molekul protein besar yang menurunkan
dalam kondisi pencernaan dan dihilangkan oleh lulus pertama
metabolisme dalam hati dapat disampaikan melalui rute paru jika
disimpan dalam zona pernapasan dari paru-paru. Perangkat yang digunakan untuk
memberikan obat dengan rute area paru didasarkan pada salah satu dari tiga
platform bertekanan inhaler dosis meteran, nebuliser dan kering
bubuk. Dalam pengobatan penyakit, aerosol administrasi
merupakan sarana yang berharga dimana agen terapeutik mungkin
delivered.2
IDEAL characterstics DARI AEROSOL TERAPEUTIK
Mengandung obat yang aman dan manjur.
Mengandung jumlah minimal eksipien lembam.
Monodisperse, ukuran partikel kecil
Rendah kecepatan demi generasi
Tinggi konsentrasi dan tingkat generasi
Sangat direproduksi karakteristik
Rendah bioburden (padatan) atau steril (cairan)
KEUNTUNGAN DELIVERY OBAT PARU
Pemberian obat dihirup menempatkan obat di mana diperlukan.
Hal ini membutuhkan rendah dan fraksi yaitu dosis kandungan obat oral satu 4 mg
tablet salbutamol setara dengan 40 dosis dosis meter.
Pemberian obat paru memiliki efek samping yang sangat diabaikan karena
bagian tubuh tidak terkena narkoba.
Onset kerja sangat cepat dengan pemberian obat paru.
Degradasi obat oleh hati dihindari dalam pemberian obat paru.
Di asma dan diabetes membutuhkan pengobatan jangka panjang jika diberikan oleh
obat keselamatan pengiriman paru maksimal karena sisa tubuh
tidak terkena drug.3
TANTANGAN DALAM PENGIRIMAN OBAT PARU
Rendah Efisiensi sistem inhalasi
Efisiensi sistem inhalasi yang tersedia saat ini memiliki umumnya terlalu
yang rendah adalah tantangan penting dalam pemberian obat paru.
Aerosol ukuran partikel yang optimal sangat penting bagi paru-paru yang mendalam
pengiriman. Ukuran partikel optimum untuk deposisi paru-paru yang mendalam adalah 1-5 mm.
Aerosol sistem harus menghasilkan partikel ukuran optimal
karena mereka terlalu kecil, mereka akan dihembuskan. Jika partikel
terlalu besar, mereka mempengaruhi pada orofaring dan laring.
Kurang obat massa per kepulan
Untuk mendapatkan efek yang memadai dengan pemberian obat paru praktis
pengiriman obat banyak yang membutuhkan dosis miligram tetapi Dengan sebagian
sistem yang ada, jumlah total obat per engah disampaikan kepada
saluran pernapasan bagian bawah yang terlalu rendah kurang dari 1000 mcg.
Formulasi miskin stabilitas untuk obat
Obat molekul kecil yang paling tradisional asma dan kristal, di
kasus kortikosteroid, relatif tahan kelembaban dalam kering
ISSN 0975-7058 Vol-2, Issue 4, 2010 Saikh et al.
Int J Appl Pharm, Vol 2, Issue 4, 27-31
28
negara. Mereka juga lebih stabil dalam cairan dibandingkan dengan sebagian besar
makromolekul, yang tidak stabil dalam amorf, keadaan cair,
dan sangat sensitif kelembaban dalam keadaan kering.
Tidak tepat dosis reproduktifitas
Berikut ini adalah alasan untuk reproduktifitas dosis Buruk seperti memburuknya
penyakit ', masalah dalam perangkat, unstabality perumusan. Untuk mendapatkan
Dosis reproduktifitas pendidikan pasien maksimal memainkan penting
peran. 1
MUKA TERAKHIR DALAM PENGIRIMAN OBAT PARU TERMASUK
Kemajuan teknologi terbaru dari pemberian obat paru
Kemajuan terbaru dalam perangkat pengiriman obat paru
Terbaru Kemajuan dalam perumusan pemberian obat paru
Terbaru Kemajuan dalam aplikasi pemberian obat paru
Bertanggung jawab atas kemajuan dalam obat paru kunci konsep
pengiriman
Selama 15 tahun terakhir, sistem inhalasi telah dikembangkan yang
memanfaatkan konsep-konsep teknologi baru bertujuan untuk satu atau lebih dari
perbaikan mengikuti sebagian diadaptasi dari kunci berikut
konsep.
Perbaikan mengenai fraksi partikel halus (FPF)
Inhalasi sistem yang menghasilkan partikel berukuran 1-5 mm dan denda
fraksi partikel sehingga deposisi baik dalam ke paru-paru. Satu batch tinggi untuk
Batch reproduksibilitas FPF untuk mengurangi variabilitas dalam paru-paru
deposition.Monodisperse inhalasi sysytem, untuk target
pengendapan di paru-paru.
Perbaikan yang mempengaruhi kecepatan partikel dan mengurangi
koordinasi masalah
Untuk menghindari pengendapan orofaringeal, Sistem yang menghasilkan
aerosol pada kecepatan berkurang lebih disukai. Sistem yang tidak hanya
melepaskan aerosol selama 0,5 s pertama inhalasi tetapi juga
menghasilkan aerosol selama periode lebih lama dari jenis seperti 1 s
Sistem mengurangi masalah koordinasi bagi pasien. koordinasi
masalah pasien berkurang dengan sistem napas ditekan.
Perbaikan yang mengurangi biaya dengan meningkatkan pasien
pemenuhan
Untuk mendapatkan di atas jenis jenis perbaikan mengikuti sistem aerosol
dipilih Sistem yang mudah digunakan dan kuat, non rapuh,
kecil dan mudah dibawa dan tidak memerlukan listrik atau ditekan
air.4
TERBARU TECHNOLOGIES DIGUNAKAN DALAM PENGIRIMAN OBAT PARU
Partikel rekayasa untuk pengiriman obat paru
Kemajuan terbaru dalam terapi inhalasi telah memicu cukup
biomedis minat dalam pengembangan partikel baru
teknologi untuk formulasi obat pernapasan. Pengenalan baru
ampuh obat-obatan di wilayah terapi berbagai seperti asma,
penyakit paru obstruktif kronik (PPOK) dan berbagai
penyakit menular telah mengharuskan yang akurat dan konsisten
dosis dengan perangkat inhalasi. Ada inhalasi banyak bermunculan
produk dengan mekanisme serapan baru dan / atau onset yang cepat
tindakan untuk terapi sistemik. Dikendalikan dan berkelanjutan rilis dengan
partikel komposit merupakan aplikasi yang digunakan untuk `untuk kedua lokal
dan sistemik obat deliveries.5, 6
Vesikel diaglomerasi teknologi untuk pengiriman obat paru
Partikel-partikel ini adalah dari multimicron berukuran kimia dihubungkan
aglomerat dari nanopartikel inti. Hubungan antara
nanopartikel dapat berupa permanen (karbonil misalnya) atau cleavable
(Misalnya disulfida atau ester). Struktur menggumpal yang kompleks dapat
dicapai dengan menjadwalkan penerapan agen linker. Rilis
Tingkat obat dari perakitan dapat dimodulasi dengan mengendalikan
tingkat pembelahan link. Salah membayangkan struktur
menggumpal selama pembelahan yang dikendalikan oleh lokasi
permanen dan cleavable link dalam percobaan menggumpal pada
pelepasan ciprofloxacin dari ini aglomerat in vitro yang
disajikan. Perkembangan terbaru mengenai formulasi bubuk
bertujuan pada pengurangan kekuatan perekat dan kohesif antara
partikel untuk meningkatkan FPF.7
TERBARU DI MUKA PERANGKAT PENGIRIMAN OBAT PARU
Berikut jenis perangkat inhalasi yang hadir
Inhalasi sistem pemberian obat oleh-meteran dosis inhaler
Inhalasi sistem pemberian obat oleh-kering bubuk inhaler
Inhalasi drug delivery system by-nebulizer
A) Inhalasi drug delivery sistem dengan inhaler dosis terukur
Sebuah inhaler meteran-dosis (MDI) adalah sebuah sistem kompleks yang dirancang untuk
memberikan kabut halus dari obat, umumnya dengan aerodinamis
ukuran partikel kurang dari 5 mikron, untuk inhalasi langsung ke
saluran udara untuk pengobatan penyakit pernapasan seperti asma
dan PPOK.
Kemajuan dalam Teknologi MDI dan Persiapan Penggunaan enantiomer
Obat Inhalasi
Telah ada banyak minat pada perbedaan efek
Enansiomer dari banyak obat, dan adrenergik agonis beta
bronkodilator telah menerima banyak perhatian. Baru-baru ini levo
salbutamol aktif enansiomer dari salbutamol hadir di pasar
yang bebas dari termers dan palpitasi yang terlihat pada salbutamol.
Demikian pula bahwa enantiomer (R) dari albuterol terutama bertanggung jawab
untuk bronkodilator sementara (S)-enansiomer dapat merangsang saluran napas
reaktivitas. Data menunjukkan, bagaimanapun, bahwa setelah melahirkan aerosol, yang
penyerapan sistemik untuk (R)-albuterol lebih cepat daripada (S)-albuterol
dan bahwa, sebaliknya, retensi paru (S)-albuterol lebih panjang,
yang mungkin merugikan.
Generik proliferasi perangkat dan obat-obatan
Saat ini baru MDI dan nebulizer merek diperkenalkan secara teratur
di pasar farmasi. Bahkan bagi mereka yang menonton bidang ini, tidak
biasa mendengar nama, merek baru asing teratur. Salah satu tren
telah pindah ke MDI generik dan over the counter
ketersediaan. Ini diperkenalkan dalam literatur dengan membandingkan
mereka dengan terkenal perangkat yang lebih tua. Seringkali, dokumentasi yang
merek generik atau perangkat baru yang sebanding dengan yang lebih tua yang
sulit didapat, sehingga perbandingan menunjukkan farmakokinetik
kesetaraan berguna.
Teknologi baru untuk meningkatkan koordinasi inhalasi pasien
dengan MDI
Spacer digunakan untuk meningkatkan koordinasi pasien dengan MDI. Keduanya
dewasa dan anak-anak sering mengalami kesulitan koordinasi inhalasi
Upaya dengan waktu puff aerosol. Bukti menunjukkan
cukup intra dan intersubject variabilitas untuk inhalasi
Teknik. 8,9
Arus gerbang katup teknologi spacer
Perusahaan tertentu s spacer hadir di pasar yang bebas statis
dengan mekanisme katup yang meningkatkan dosis obat yang mencapai paru-paru.
Katup membuka selama inhalasi dan ditutup selama pernafasan ini
memastikan bahwa dosis sisa dipertahankan dalam spacer untuk selanjutnya
inhalation3
The autohaler diubah bentuk pMDI
TM Autohaler adalah napas pertama digerakkan atau diaktifkan
bertekanan dosis inhaler meteran. Autoihaler memecahkan masalah utama
dosis yaitu meteran bertekanan inhaler (pMDI). koordinasi
aktuasi dengan inhalasi dan tidak bergantung pada pasien
inspirasi upaya aerosolize dosis obat tidak seperti kering
bubuk inhaler. Autohaler dimodifikasi bentuk meteran bertekanan
dosis inhaler. 3
B) Inhalasi drug delivery perangkat dengan inhaler bubuk kering
Saat ini pada dasarnya ada dua jenis DPIs, mereka yang menggunakan obat
diisi ke dalam dosis individu diskrit, misalnya, baik kapsul gelatin atau Saikh et al.
Int J Appl Pharm, Vol 2, Issue 4, 27-31
29
foil-foil blister, dan mereka yang menggunakan reservoir obat yang meter
keluar dosis bila diperlukan. Keduanya saat ini sudah banyak tersedia di sekitar
dunia dan mendapatkan penerimaan yang luas.
Unit-Dosis-Devices dosis tunggal inhaler bubuk adalah perangkat di
bubuk yang mengandung kapsul ditempatkan di dudukan. Kapsul
dibuka dalam perangkat dan bubuk yang dihirup. Kapsul
residu harus dibuang setelah digunakan dan kapsul baru dimasukkan untuk
dosis berikutnya
Multidosis Devices - multidosis perangkat menggunakan disk melingkar yang
mengandung empat atau dosis bubuk delapan pada disk tunggal. Ini
biasanya akan perawatan selama satu sampai dua hari. Dosis yang
dipelihara di waduk blister aluminium terpisah sampai tepat sebelum
inspirasi. Perangkat ini adalah perangkat multidosis yang benar, memiliki 60 dosis
di strip aluminium foil-foil yang dibuka hanya pada titik tepat
sebelum pasien inspiration.10, 11
Perkembangan baru dalam teknologi inhalasi bubuk kering
Perubahan kinerja DPI dapat dicapai baik
melalui perubahan dalam desain perangkat melalui perubahan
bubuk formulasi, atau. dijelaskan secara luas, kekuatan yang mengatur
partikel-partikel interaksi di aglomerat dan kekuatan
memainkan peran dalam proses deagglomeration. Perkembangan terbaru
mengenai tujuan formulasi bubuk pada pengurangan perekat
dan kekuatan kohesif antara partikel untuk meningkatkan FPF tersebut.
Teknologi fluida superkritis diterapkan untuk meningkatkan permukaan
sifat partikel bahan obat berpori besar memiliki
mengurangi inter-partikulat kekuatan karena kepadatan rendah mereka,
permukaan tidak teratur struktur dan / atau energi permukaan berkurang bebas.
Selain itu, partikel-partikel ini mengaku telah ditingkatkan
aerodinamis perilaku dalam saluran udara, sedangkan fagositosis dari
partikel disimpan dalam alveoli berkurang. Dalam pendekatan lain,
partikel berpori kecil (3-5 mm) telah digunakan untuk meningkatkan
deagglomeration dan deposisi paru-paru.
Perubahan dalam teknologi perangkat adalah beberapa perkembangan baru benar-benar
bertujuan pada peningkatan kekuatan yang dihasilkan selama deagglomeration
inhalasi. Hal ini juga diketahui bahwa jika gaya yang lebih efisien adalah,
FPF lebih tinggi akan. Sebuah parameter klasifikasi utama dalam baru
perkembangan perangkat adalah apakah atau tidak deagglomeration bubuk
adalah kekuatan dibantu (perangkat aktif) atau tergantung pada energi kinetik
dari aliran inhalasi yang dihasilkan oleh (perangkat pasif) pasien.
Mengenai perangkat pasif, baru-baru ini dua perangkat DPI adalah
diperkenalkan yang berlaku pasukan impaksi untuk generasi
aerosol. 12
Air-classifier teknologi dalam perangkat
Ini merupakan teknologi yang paling penting yang digunakan dalam perangkat terakhir untuk
pemberian obat paru. Inhaler berisi classifier (siklon)
ruang di mana gaya inersia yang tinggi diterapkan ke berputar
partikel. Selain itu, aksi kekuatan-kekuatan yang lebih besar pada
aglomerat ditopang karena mereka tetap dalam classifier untuk
periode waktu tertentu, yang dapat dikendalikan oleh classifier
desain dan oleh pilihan carrier-fraksi ukuran. Air-classifier
sistem teknologi satu berisi ruang siklon untuk partikel
deagglomeration. Bentuk modifikasi dari teknologi Airclssifier adalah
beberapa udara classifier teknologi.
Beberapa udara-classifier teknologi
Dalam teknologi ini ruang classifier beberapa ditempatkan dalam
paralel pengaturan, yang selanjutnya meningkatkan dosis yang dapat
menyemprot. Hal lain yang menarik dalam pembangunan ini adalah bahwa
penulis berhasil mengembangkan DPI pakai. Konsep
inhaler sekali pakai menarik karena mengurangi kesempatan
mikroba kontaminasi.
C) Inhalasi perangkat pengiriman obat dengan nebulizer
Terutama ada dua jenis umum sistem nebulizer, yang
ultrasonik dan jet udara. Dalam nebulizers ultrasonik, gelombang ultrasound
terbentuk dalam ruang nebulizer ultrasonik oleh keramik
piezoelektrik kristal yang bergetar ketika elektrik bersemangat. Ini
mengatur gelombang energi tinggi dalam larutan, dalam ruang perangkat,
dari frekuensi yang tepat yang menghasilkan awan aerosol di solusi
permukaan. Aerosol yang dihasilkan oleh udara jet nebulizer dihasilkan
ketika udara terkompresi dipaksa melalui suatu lubang, daerah rendah
Tekanan terbentuk di mana ada jet udara. Cairan A mungkin
ditarik dari nozel tegak lurus (Efek Bernoulli) untuk mencampur
dengan jet udara untuk membentuk tetesan. Sebuah penyekat (atau baffle) dalam
nebulizer sering digunakan untuk memfasilitasi pembentukan aerosol
cloud. Angkutan udara dapat digunakan untuk menghasilkan alternatif "jet udara.",
Kompresor dapat digunakan untuk menghasilkan aliran udara. Nebulizers
digunakan saat ini untuk pengiriman obat ke saluran pernapasan dan
sangat berguna untuk pengobatan atau dirawat di rumah sakit
nonambulatory patients.13
Perkembangan terkini dalam teknologi aerosol cair menggabungkan
keuntungan dari MDI dan nebulizers disebut cairan dosis terukur
inhaler 'seperti yang kita tahu bahwa propelan CFC digantikan oleh
HFAs di MDI dan daerah nebulizer klasik diperpanjang dengan
adaptif aerosol pengiriman (AAD) teknologi di tahun 90-an dari masa lalu
abad, beberapa '. Sistem ini mencoba untuk menggabungkan keunggulan yang
MDI dan nebulizers menawarkan, dan untuk menyingkirkan banyak kelemahan
mereka menderita. Keuntungan utama bahwa semua sistem ini bertujuan untuk
adalah kecepatan mengurangi aerosol. Fitur ini sangat penting
penting karena akan mengurangi deposisi orofaringeal dan
meningkatkan deposisi paru-paru. Liquid inhaler menerapkan konsep
aerosol kecepatan rendah sering disebut sebagai 'inhaler kabut lembut'.
Selanjutnya perkembangan di bidang tujuan nebulization basah di
generasi aerosol monodisperse, tidak adanya propelan di
perumusan dengan menerapkan formulasi obat berair, suatu
pengurangan volume sisa setelah nebulization dan
portabilitas meningkat dibandingkan dengan nebulizers.14
Tergantung pada generasi teknologi baru aerosol areclassified
menjadi empat kelompok
Sistem yang memaksa cairan melalui nozel - Respimat, AERxTM,
MedSpray
Sistem yang menggunakan jala bergetar atau pelat berlubang - Aerodose.
TouchsprayTM teknologi.
Sistem yang menggunakan perpisahan electrohydrodynamic untuk generatethe
aerosol-MysticTM (Battelle)
Sistem yang berlaku kondensasi untuk menghasilkan aerosol.4
TERBARU DI MUKA PERUMUSAN OBAT PARU
PENGIRIMAN
Efektif inhalable obat yang diproduksi oleh formulasi obat.
Stabilitas formulasi merupakan tantangan lain dalam memproduksi paru
pemberian obat. Formulasi bertanggung jawab untuk menjaga obat
farmakologi aktif, harus efisien diserahkan ke
paru-paru, ke situs yang tepat tindakan dan tetap di paru-paru sampai
efek farmakologis yang diinginkan terjadi. Tergantung pada penyakit
Kondisi formulasi yang efektif pelepasan obat, seperti insulin untuk
diabetes, harus disimpan di pinggiran paru-paru untuk memastikan
maksimum sistemik bioavailabilitas. . Dengan demikian, formulasi yang
dipertahankan dalam paru-paru untuk panjang yang diinginkan waktu dan menghindari
izin mekanisme paru-paru mungkin diperlukan. Penelitian ke
formulasi bubuk kering telah menjadi area pertumbuhan dalam beberapa tahun terakhir
dan akan menjadi fokus dari bagian ini. Berbagai teknik digunakan untuk
kemajuan yang dibuat dalam formulasi bubuk kering untuk inhalasi melibatkan
baik, mikronisasi melalui penggilingan jet, curah hujan, atau semprot pengeringan
menggunakan berbagai eksipien, seperti lipid dan polimer, atau operator
sistem seperti laktosa.
Laktosa sistem pembawa
Kemajuan terbaru dalam terapi inhalasi telah memicu cukup
biomedis minat dalam pengembangan partikel baru
teknologi untuk formulasi obat pernapasan. The kohesif
bubuk dengan aliran miskin muncul jika permukaan kekuatan listrik
terkait dengan partikel melebihi gaya gravitasi yang bekerja
atas mereka '. Untuk mengatasi masalah ini, obat ini dicampur dengan
operator kasar system (30-100 pM), seperti laktosa. Saat ini,
dipasarkan inhaler bubuk kering mengandung baik obat sendiri atau
dicampur dengan bulk carrier, biasanya laktosa (α-laktosa monohidrat).
Laktosa memiliki profil keselamatan yang ditetapkan dan meningkatkan flowSaikh et al.
Int J Appl Pharm, Vol 2, Issue 4, 27-31
30
sifat dari formulasi yang diperlukan untuk mengisi dan direproduksi
mempromosikan akurasi dosis
Liposom
Liposom, sebagai kendaraan pengiriman obat paru, telah dipelajari
selama bertahun-tahun dan digunakan sebagai sarana memberikan fosfolipid ke
alveolar permukaan untuk pengobatan gangguan pernapasan neonatal
sindrom. Baru-baru ini, mereka telah diteliti sebagai kendaraan
untuk berkelanjutan-release terapi dalam pengobatan penyakit paru-paru, gen
terapi dan sebagai metode menyampaikan agen terapeutik ke
alveolar permukaan untuk pengobatan penyakit sistemik.
Pelepasan berkelanjutan dari aerosol terapi dapat memperpanjang
kediaman obat diberikan di daerah saluran udara atau alveoli,
meminimalkan risiko efek samping dengan menurunkan sistemik yang
tingkat penyerapan, dan meningkatkan kepatuhan pasien dengan mengurangi dosis
frekuensi. Sebuah formulasi berkelanjutan-release harus menghindari clearance
mekanisme paru-paru, eskalator mukosiliar dari melakukan
saluran udara dan makrofag alveolar di wilayah.
Tabel 1: Menunjukkan kelebihan dan kekurangan dari teknologi yang berbeda dari bubuk kering inhalaton4
Nama teknologi
Keuntungan
Kerugian
Untuk pengobatan particale bubuk
formulasi dalam inhaler bubuk kering.
Superkritis teknologi
Permukaan halus dengan penurunan kohesif dan perekat
Pasukan narkoba, sangat kristal murni yang diperoleh, meningkatkan
FPF.Decreases batch untuk variabilitas
Sulit untuk meningkatkan dan Mahalnya teknologi
.
Pulmosphere dan besar porus particale
teknologi formulasi bubuk kering di
bubuk inhaler.
perbaikan pengolahan, deagglomeration dan ditingkatkan
aerodinamis perilaku
Teknologi mahal dan non disetujui
eksipien yang diperlukan.
Air classifier teknologi dan gerhana
teknologi dalam perangkat pasif.
Ekonomi yang tinggi FPF mungkin dan tinggi sustaines sederhana
deagglomeration memaksa mungkin.
Membutuhkan formulasi memadai dan
risiko pencemaran dari sistem.
paru inhaler, aspirair, spiros
teknologi dalam perangkat aktif.
Terutama belajar dengan insulin
dan ruang memegang diperbolehkan untuk inhalasi lambat.
tergantung pada baterai dan kerugian
memegang ruang
Tabel 2: Tampilkan keuntungan dan kerugian dari teknologi yang berbeda dari inhaler dosis terukur cair
Nama Keunggulan Kelemahan Teknologi
AeroDose (Aerogen)
(2) eFlow (Pari)
(3) Omron NE-U03, U22-NE
Tecchnologies di bergetar jala
nebulizers inhaler dosis terukur cair
Signifikan perbaikan
dibandingkan dengan MDI nebulizer dan Well-
dikontrol monodisperse aerosol
dan generasi Aerosol independen
inspirasi laju alir
Comlex dan mahal elektronik di perangkat
dan tergantung pada energi baterai atau eksternal
sumber
1) AERx (Aradigm)
(2) MedSpray Tecchnologies dalam gelombang kapiler
break-up nebulizers cairan dosis terukur
pengisap
Signifikan I.
peningkatan dibandingkan
dengan MDI dan nebulizer di kedua
teknologi dan kedua rechologies
monodisperse aerosol
Mahal dan kompleks perangkat
II. Koordinasi ada
masalah untuk pasien terlihat dengan AERX
Teknologi
Tergantung pada
Elektronik
Rendah geser pasukan di
nozzle dengan minimal
resistensi, dan oleh karena itu,
rendah tekanan dan dosis Lengkap
Tinggi tekanan pada cairan
Berpori-pori besar partikel
Pulmospheres adalah tipe baru dari formulasi aerosol adalah besar
porous berongga partikel,. Mereka memiliki kepadatan partikel rendah, baik
redispersibilitasnya dan dapat digunakan di kedua MDI dan sistem pengiriman DPI.
Partikel-partikel ini dapat disiapkan dengan menggunakan polimer atau nonpolymeric
eksipien, dengan penguapan pelarut dan semprot pengeringan teknik.
Pulmospheres terbuat dari fosfatidilkolin, primer
komponen surfaktan paru-paru manusia. Ukuran besar
Pulmospheres memungkinkan mereka untuk tetap di wilayah alveolar lagi
daripada rekan-rekan mereka yang tidak keropos dengan menghindari fagositosis
clearance. Setelah administrasi intratracheal ke tikus, hanya 8% dan
12,5% dari makrofag mengandung partikel Pulmospheres segera
dan 48 jam setelah terhirup, masing-masing, dibandingkan dengan 30% dan 39%
makrofag yang mengandung partikel keropos selama sama
interval waktu.
Biodegradable polimer
Selain Liposom, biodegradable polimer mikrosfer yang
saat ini sedang diteliti sebagai obat lepas lambat paru
operator. Polimer seperti polylacticacid digunakan dalam medis
aplikasi seperti implan ortopedi jahitan dan medis
dressing, dan asam glikolat poli telah diselidiki. Meskipun
jumlah terbatas penelitian telah diterbitkan di daerah ini,
berkelanjutan-release profil dicapai dengan kortikosteroid muncul
menjanjikan. Namun, toksisitas jenis formulasi belum
belum ditetapkan untuk paru-paru delivery.14, 15,16,17,18,19
Kemajuan dalam propelan yang digunakan dalam pemberian obat paru
perangkat
Baru-baru propelan HFA adalah alternatif baru untuk propelan CFC
dalam perangkat pengiriman obat paru. Umumnya semakin tinggi uap
tekanan dari HFAs (terutama 134a) memiliki potensi untuk
menghasilkan aerosol kualitas lebih tinggi daripada "lama" formulasi CFC.
Namun, kecuali dalam kasus terkenal beberapa produk, potensi
perbaikan yang telah dikorbankan untuk biaya pengembangan dan waktu
sesuai pasar need.20
TREN TERBARU DI APLIKASI OBAT PARU
PENGIRIMAN
Baru aplikasi obat, paru delivery22 23, 24,25,26,27,28,29,30
Selain asma dan PPOK recentaly pemberian obat paru
digunakan untuk indikasi berikut
Insulin oleh Aerosol Saikh et al.
Int J Appl Pharm, Vol 2, Issue 4, 27-31
31
Pengobatan Migrain
Nikotin Aerosol untuk Penghentian Merokok
Aerosol untuk Angina.
Aerosol Vaksinasi.
1 antitrypsin Alpha
Aerosol di Transplantasi
Hipertensi arteri paru
Akut Lung Cedera
Surfaktan Aerosol
Gene Therapy via Aerosol
Dalam Kanker kemoterapi
Pentamidin Aerosol
Amfoterisin B
Gentamisin aerosol
Ribavirin Aerosol
Zanimivir R / C dengan revolizer untuk babi buang.
Aerosol yang digunakan dalam penyelidikan klinis penyakit
Obat Inhalasi Pengiriman untuk Tuberkulosis Terapi
Paru pengiriman Heparin berat molekul rendah.
Controlled pengiriman obat ke paru-paru
Paru pengiriman obat untuk gangguan tulang
Paru pengiriman opioid sebagai nyeri terapi
KESIMPULAN
Ada sejumlah prestasi yang signifikan dalam
teknologi untuk mengekspresikan dan memberikan obat dengan rute paru.
Perbaikan dalam kecepatan aerosol, ukuran partikel, atau saat
rilis telah dicapai. Tapi obat administrasi melalui paru
Rute adalah proses yang sulit dan kompleks, tidak hanya terdiri dari aspek
dari teknologi tetapi juga dari fisiologi, aplikasi klinis atau
pasien menggunakan .. Hal ini menunjukkan bahwa untuk penyakit yang berbeda atau bahkan untuk setiap
individu obat, kondisi yang diperlukan untuk administrasi yang optimal
berbeda secara substansial dan bahwa inhaler yang sempurna (plat-form) yang cocok untuk
semua jenis obat dan penyakit adalah sebuah fiksi.
Keuntungan dari DPIs alat sederhana dan murah seperti, ketahanan mereka,
portabilitas, mudah digunakan sebagai FPF tinggi tetapi sistem yang dapat membubarkan
jumlah yang lebih besar dari bubuk (upto 50 mg) dalam satu napas Mayor
tantangan yang tetap untuk inhalasi bubuk kering. Untuk mempertahankan
stabilitas formulasi bubuk tantangan lain yang berhubungan dengan
DPI.
Sebagai dibandingkan dengan nebulizers klasik atau MDI inhalasi cair baru
sistem tentu pilihan yang lebih baik tapi aerosol cair banyak
sistem generasi memerlukan sumber energi eksternal dan berisi
kompleks elektronik. Karena ini ada peningkatan risiko gagal dan
mengurangi kebebasan pasien. Aspek yang relevan selanjutnya adalah
ketergantungan kinerja perangkat pada fisikokimia
karakteristik formulasi cair. Kemajuan dalam
pemberian obat paru seharusnya tidak hanya fokus pada satu
aspek teknologi, tetapi juga perlu fokus pada aspek-aspek lainnya.
REFERENSI
1. Michael T. Newhouse, "Encyclopedia of Pharmaceutical
Teknologi ", kedua edisi, Dekker, New York Informa
Kesehatan USA, 2000; 19:1279-1285.
2. Derek Ivan Daniher, Jesse Zhu, Review "bubuk kering