2013-08-11 19:21:19
ΣΤΟΧΟΣ, Η ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΩΝ ΣΚΕΥΑΣΜΑΤΩΝ ΜΕΓΑΛΟΥ ΜΟΡΙΑΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΕ ΕΥΑΙΣΘΗΤΑ ΟΡΓΑΝΑ
Υπεύθυνος: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΓΕΩΡΓΙΑ ΜΟΛΩΣ - ΕΝΕΤ
ΑΡΘΡΟ ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΕΥΘΥΜΙΟΥ * [email protected]
Ο τρόπος μεταφοράς ενός φαρμάκου στο στόχο του είναι εξαιρετικά σημαντικός παράγοντας για τη δραστικότητά του. Οσο πιο καλά απορροφάται το φάρμακο, τόσο αποτελεσματικότερο είναι. Εξάλλου, από τη δραστικότητά του εξαρτάται και η μείωση της απαραίτητης δόσης
Η λέξη «νανοτεχνολογία» και μόνο συχνά προκαλεί σύγχυση στην κοινή γνώμη και φαντάζει σαν ένας κόσμος απρόσιτος, όπως, για παράδειγμα, η πυρηνική φυσική ή η κβαντομηχανική. Αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή ο τομέας αυτός είναι τόσο καινούργιος και επιστημονικά πολύπλοκος, ακόμα και για τους ειδικούς, καθώς επίσης και γιατί έχει τόσες διαφορετικές εφαρμογές, που αναγκαστικά απαιτεί τη συνεργασία επιστημόνων διαφόρων ειδικοτήτων, όπως μηχανικών υλικών, φυσικών, γιατρών, βιολόγων, ηλεκτρονικών κ.ά.
Η νανοϊατρική είναι ο κλάδος της νανοτεχνολογίας που επικεντρώνεται στην επίλυση προβλημάτων υγείας με νέες μεθόδους και αποτελεί έναν εξαιρετικά ελπιδοφόρο επιστημονικό τομέα. Ενα σημαντικό ζήτημα που έχει αναλάβει να επιλύσει η νανοϊατρική τα τελευταία χρόνια είναι το πώς θα καταφέρει να βοηθήσει στην απορρόφηση των νέων φαρμάκων μεγάλου μοριακού βάρους, που ανέπτυξαν πρόσφατα οι μεγάλες φαρμακευτικές εταιρείες (next-generation drugs), από όργανα που έχουν σχεδιαστεί έτσι από τη φύση ώστε να είναι διαπερατά μόνο από μικρές απαραίτητες ουσίες. Τέτοια όργανα είναι ο εγκέφαλος, το έντερο, οι πνεύμονες και το δέρμα.
Μέθοδος
Τα εργαλεία που χρησιμοποιεί η σύγχρονη νανοϊατρική, για να βοηθήσει την αποτελεσματική μεταφορά των φαρμάκων μεγάλου μοριακού βάρους στα όργανα αυτά, είναι συνήθως νανοσωματίδια φτιαγμένα από βιοαποικοδομήσιμα υλικά, ώστε να μη συσσωρεύονται στο σώμα του ασθενούς. Στα νανοσωματίδια αυτά, προσδένονται τα μόρια του φαρμάκου με χημικές μεθόδους και στη συνέχεια εισάγονται στο συγκεκριμένο όργανο που νοσεί. Λόγω της χημικής σύνθεσης των νανοσωματιδίων, η απορρόφηση του φαρμάκου μεγιστοποιείται και η θεραπεία γίνεται πιο αποτελεσματική.
Ο εγκέφαλος, για παράδειγμα, είναι ένα όργανο εξαιρετικά προστατευμένο και μόνο μικρά μόρια μπορούν να περάσουν από την κυκλοφορία του αίματος στα νευρικά κύτταρα που τον αποτελούν. Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, ενός υμένα που διαχωρίζει το αίμα από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό και εμποδίζει τη διέλευση μικροβίων ή τοξικών ουσιών από το αίμα στον εγκέφαλο.
Το ίδιο όμως συμβαίνει στα φάρμακα μεγάλου μοριακού βάρους που στοχεύουν στα εγκεφαλικά κύτταρα, οπότε οι επιστήμονες καλούνται σήμερα να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, εφαρμόζοντας νανοτεχνολογικές μεθόδους. Πρόσφατα, για παράδειγμα, Κινέζοι ερευνητές από το National Chung Cheng University χρησιμοποίησαν λιποσωματίδια για να μεταφέρουν ένα αντικαρκινικό φάρμακο στο στόχο του. Τα λιποσωματίδια αυτά «ξεγέλασαν» τα κύτταρα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και επέτρεψαν την είσοδο του φαρμάκου στον εγκέφαλο.
Παρομοίως, οι μεμβράνες των πνευμόνων είναι και αυτές σχεδιασμένες ώστε να αποκλείουν τα μεγάλα σωματίδια. Ερευνητές από το Northeast Ohio Medical University των ΗΠΑ κατασκεύασαν σωματίδια από ένα υλικό που ονομάζεται gelucire και μετέφεραν το χημικό στοιχείο γάλλιο, το οποίο χορηγείται για την αντιμετώπιση του πνευμονικού αδενοκαρκινώματος. Η υψηλή διεισδυτικότητα αυτών των σωματιδίων αύξησε την απορρόφηση του φαρμάκου στο τριπλάσιο σε σχέση με άλλες μεθόδους.
Τα τοιχώματα του εντέρου έχουν και αυτά περιορισμένη διαπερατότητα στα μεγάλα μόρια σε σχέση με άλλους ιστούς. Οταν ένα φάρμακο λαμβάνεται σε μορφή χαπιού, η απορρόφησή του από το έντερο και το πέρασμά του στην κυκλοφορία του αίματος γίνονται δυσκολότερα όταν το μοριακό του βάρος είναι μεγάλο. Ομάδα επιστημόνων από το Brown University στις ΗΠΑ κατασκεύασε βιοαποικοδομήσιμα νανοσωματίδια που μετέφεραν ινσουλίνη και εμφάνισαν μεγάλη απορροφητικότητα από το έντερο. Οι ερευνητές φιλοδοξούν ότι αυτή η μέθοδος ίσως αντικαταστήσει τη λήψη ινσουλίνης σε ενέσιμη μορφή στο προσεχές μέλλον.
Τέλος, και το δέρμα είναι ένας παχύς, ανθεκτικός ιστός που τα μεγάλα μόρια δεν μπορούν να διαπεράσουν εύκολα, όταν χορηγούνται σε μορφή κρέμας, για παράδειγμα. Η ηλεκτρομηχανική είσοδος νανοσωματιδίων που μεταφέρουν τον θεραπευτικό παράγοντα με τη χρήση ενός οργάνου που μοιάζει με πιστόλι, έχει αποδειχθεί ότι έχει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Τα σωματίδια διαπερνούν την επιδερμίδα και καταλήγουν στα σημεία που μας αφορούν, όπως, για παράδειγμα, οι θύλακες των τριχών, οι εσωτερικές στοιβάδες του δέρματος ή ακόμη και όργανα κάτω από το δέρμα. Με την τεχνική αυτή θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν καλύτερα η επούλωση των πληγών ή ο καρκίνος του δέρματος. Ηδη έχει δοκιμαστεί από διάφορες επιστημονικές ομάδες για τη μεταφορά DNA κατά τη γονιδιακή θεραπεία σημαντικών ασθενειών (gene gun) ή για την ανάπτυξη νέων, πιο προστατευτικών εμβολίων.
Ο τρόπος μεταφοράς ενός φαρμάκου στο στόχο του είναι εξαιρετικά σημαντικός παράγοντας για τη δραστικότητά του. Οσο πιο καλά απορροφάται το φάρμακο, τόσο αποτελεσματικότερο είναι. Εξάλλου, από τη δραστικότητά του εξαρτάται και η μείωση της απαραίτητης δόσης. Αυτό θα μπορούσε, μάλιστα, να μειώσει και το κόστος της θεραπείας για τον ασθενή, καθώς επίσης και να αποτρέψει πιθανές παρενέργειες λόγω της υψηλής δόσης. Ιδιαίτερα για τους καρκινοπαθείς, που συχνά επιβαρύνονται τοξικά από τα αντικαρκινικά φάρμακα, κάτι τέτοιο θα ήταν πραγματικά σωτήριο.
Παρ' όλα αυτά, η νανοτεχνολογία έχει αρκετό δρόμο να διανύσει ακόμα πριν δούμε τις κλινικές της εφαρμογές να γίνονται διαθέσιμες στον ασθενή. Πόσο ασφαλή είναι τα νανοσωματίδια αυτά για τον ανθρώπινο οργανισμό ή το περιβάλλον; Πόσο πιο αποτελεσματικά είναι σε σχέση με συμβατικότερες προσεγγίσεις; Οπως και να 'χει όμως, είναι δύσκολο να αμφισβητήσει κανείς ότι η νανοϊατρική θα γεννήσει σύντομα νέες, καλύτερες θεραπείες που θα βελτιώσουν σημαντικά τη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου.
* διδάκτορος Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Surrey και επιστημονικού συνεργάτη στο Τμήμα Βιολογίας του ΕΚΠΑ
medispin
Υπεύθυνος: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΓΕΩΡΓΙΑ ΜΟΛΩΣ - ΕΝΕΤ
ΑΡΘΡΟ ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΕΥΘΥΜΙΟΥ * [email protected]
Ο τρόπος μεταφοράς ενός φαρμάκου στο στόχο του είναι εξαιρετικά σημαντικός παράγοντας για τη δραστικότητά του. Οσο πιο καλά απορροφάται το φάρμακο, τόσο αποτελεσματικότερο είναι. Εξάλλου, από τη δραστικότητά του εξαρτάται και η μείωση της απαραίτητης δόσης
Η λέξη «νανοτεχνολογία» και μόνο συχνά προκαλεί σύγχυση στην κοινή γνώμη και φαντάζει σαν ένας κόσμος απρόσιτος, όπως, για παράδειγμα, η πυρηνική φυσική ή η κβαντομηχανική. Αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή ο τομέας αυτός είναι τόσο καινούργιος και επιστημονικά πολύπλοκος, ακόμα και για τους ειδικούς, καθώς επίσης και γιατί έχει τόσες διαφορετικές εφαρμογές, που αναγκαστικά απαιτεί τη συνεργασία επιστημόνων διαφόρων ειδικοτήτων, όπως μηχανικών υλικών, φυσικών, γιατρών, βιολόγων, ηλεκτρονικών κ.ά.
Η νανοϊατρική είναι ο κλάδος της νανοτεχνολογίας που επικεντρώνεται στην επίλυση προβλημάτων υγείας με νέες μεθόδους και αποτελεί έναν εξαιρετικά ελπιδοφόρο επιστημονικό τομέα. Ενα σημαντικό ζήτημα που έχει αναλάβει να επιλύσει η νανοϊατρική τα τελευταία χρόνια είναι το πώς θα καταφέρει να βοηθήσει στην απορρόφηση των νέων φαρμάκων μεγάλου μοριακού βάρους, που ανέπτυξαν πρόσφατα οι μεγάλες φαρμακευτικές εταιρείες (next-generation drugs), από όργανα που έχουν σχεδιαστεί έτσι από τη φύση ώστε να είναι διαπερατά μόνο από μικρές απαραίτητες ουσίες. Τέτοια όργανα είναι ο εγκέφαλος, το έντερο, οι πνεύμονες και το δέρμα.
Μέθοδος
Τα εργαλεία που χρησιμοποιεί η σύγχρονη νανοϊατρική, για να βοηθήσει την αποτελεσματική μεταφορά των φαρμάκων μεγάλου μοριακού βάρους στα όργανα αυτά, είναι συνήθως νανοσωματίδια φτιαγμένα από βιοαποικοδομήσιμα υλικά, ώστε να μη συσσωρεύονται στο σώμα του ασθενούς. Στα νανοσωματίδια αυτά, προσδένονται τα μόρια του φαρμάκου με χημικές μεθόδους και στη συνέχεια εισάγονται στο συγκεκριμένο όργανο που νοσεί. Λόγω της χημικής σύνθεσης των νανοσωματιδίων, η απορρόφηση του φαρμάκου μεγιστοποιείται και η θεραπεία γίνεται πιο αποτελεσματική.
Ο εγκέφαλος, για παράδειγμα, είναι ένα όργανο εξαιρετικά προστατευμένο και μόνο μικρά μόρια μπορούν να περάσουν από την κυκλοφορία του αίματος στα νευρικά κύτταρα που τον αποτελούν. Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, ενός υμένα που διαχωρίζει το αίμα από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό και εμποδίζει τη διέλευση μικροβίων ή τοξικών ουσιών από το αίμα στον εγκέφαλο.
Το ίδιο όμως συμβαίνει στα φάρμακα μεγάλου μοριακού βάρους που στοχεύουν στα εγκεφαλικά κύτταρα, οπότε οι επιστήμονες καλούνται σήμερα να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, εφαρμόζοντας νανοτεχνολογικές μεθόδους. Πρόσφατα, για παράδειγμα, Κινέζοι ερευνητές από το National Chung Cheng University χρησιμοποίησαν λιποσωματίδια για να μεταφέρουν ένα αντικαρκινικό φάρμακο στο στόχο του. Τα λιποσωματίδια αυτά «ξεγέλασαν» τα κύτταρα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και επέτρεψαν την είσοδο του φαρμάκου στον εγκέφαλο.
Παρομοίως, οι μεμβράνες των πνευμόνων είναι και αυτές σχεδιασμένες ώστε να αποκλείουν τα μεγάλα σωματίδια. Ερευνητές από το Northeast Ohio Medical University των ΗΠΑ κατασκεύασαν σωματίδια από ένα υλικό που ονομάζεται gelucire και μετέφεραν το χημικό στοιχείο γάλλιο, το οποίο χορηγείται για την αντιμετώπιση του πνευμονικού αδενοκαρκινώματος. Η υψηλή διεισδυτικότητα αυτών των σωματιδίων αύξησε την απορρόφηση του φαρμάκου στο τριπλάσιο σε σχέση με άλλες μεθόδους.
Τα τοιχώματα του εντέρου έχουν και αυτά περιορισμένη διαπερατότητα στα μεγάλα μόρια σε σχέση με άλλους ιστούς. Οταν ένα φάρμακο λαμβάνεται σε μορφή χαπιού, η απορρόφησή του από το έντερο και το πέρασμά του στην κυκλοφορία του αίματος γίνονται δυσκολότερα όταν το μοριακό του βάρος είναι μεγάλο. Ομάδα επιστημόνων από το Brown University στις ΗΠΑ κατασκεύασε βιοαποικοδομήσιμα νανοσωματίδια που μετέφεραν ινσουλίνη και εμφάνισαν μεγάλη απορροφητικότητα από το έντερο. Οι ερευνητές φιλοδοξούν ότι αυτή η μέθοδος ίσως αντικαταστήσει τη λήψη ινσουλίνης σε ενέσιμη μορφή στο προσεχές μέλλον.
Τέλος, και το δέρμα είναι ένας παχύς, ανθεκτικός ιστός που τα μεγάλα μόρια δεν μπορούν να διαπεράσουν εύκολα, όταν χορηγούνται σε μορφή κρέμας, για παράδειγμα. Η ηλεκτρομηχανική είσοδος νανοσωματιδίων που μεταφέρουν τον θεραπευτικό παράγοντα με τη χρήση ενός οργάνου που μοιάζει με πιστόλι, έχει αποδειχθεί ότι έχει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Τα σωματίδια διαπερνούν την επιδερμίδα και καταλήγουν στα σημεία που μας αφορούν, όπως, για παράδειγμα, οι θύλακες των τριχών, οι εσωτερικές στοιβάδες του δέρματος ή ακόμη και όργανα κάτω από το δέρμα. Με την τεχνική αυτή θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν καλύτερα η επούλωση των πληγών ή ο καρκίνος του δέρματος. Ηδη έχει δοκιμαστεί από διάφορες επιστημονικές ομάδες για τη μεταφορά DNA κατά τη γονιδιακή θεραπεία σημαντικών ασθενειών (gene gun) ή για την ανάπτυξη νέων, πιο προστατευτικών εμβολίων.
Ο τρόπος μεταφοράς ενός φαρμάκου στο στόχο του είναι εξαιρετικά σημαντικός παράγοντας για τη δραστικότητά του. Οσο πιο καλά απορροφάται το φάρμακο, τόσο αποτελεσματικότερο είναι. Εξάλλου, από τη δραστικότητά του εξαρτάται και η μείωση της απαραίτητης δόσης. Αυτό θα μπορούσε, μάλιστα, να μειώσει και το κόστος της θεραπείας για τον ασθενή, καθώς επίσης και να αποτρέψει πιθανές παρενέργειες λόγω της υψηλής δόσης. Ιδιαίτερα για τους καρκινοπαθείς, που συχνά επιβαρύνονται τοξικά από τα αντικαρκινικά φάρμακα, κάτι τέτοιο θα ήταν πραγματικά σωτήριο.
Παρ' όλα αυτά, η νανοτεχνολογία έχει αρκετό δρόμο να διανύσει ακόμα πριν δούμε τις κλινικές της εφαρμογές να γίνονται διαθέσιμες στον ασθενή. Πόσο ασφαλή είναι τα νανοσωματίδια αυτά για τον ανθρώπινο οργανισμό ή το περιβάλλον; Πόσο πιο αποτελεσματικά είναι σε σχέση με συμβατικότερες προσεγγίσεις; Οπως και να 'χει όμως, είναι δύσκολο να αμφισβητήσει κανείς ότι η νανοϊατρική θα γεννήσει σύντομα νέες, καλύτερες θεραπείες που θα βελτιώσουν σημαντικά τη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου.
* διδάκτορος Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Surrey και επιστημονικού συνεργάτη στο Τμήμα Βιολογίας του ΕΚΠΑ
medispin
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
