Журнал наномедицинских и биотерапевтических открытий
Открытый доступ

Абстрактный

Бионанотехнологии как система доставки лекарств

Ахмад У

Технологические разработки в здравоохранении были в центре внимания в течение последнего десятилетия. Рост нанотерапевтических платформ привел к недавним достижениям в борьбе со смертельными заболеваниями, такими как рак. Уже проведено много исследований нанотехнологических систем, таких как липосомы, наноэмульсии, дендримеры и мицеллы, а недавно углеродные нанотрубки и квантовые точки оказались в центре внимания из-за их терапевтических и диагностических возможностей. Большинство этих систем используются для улучшения профилей растворимости и биодоступности определенных лекарств, а также в некоторой степени возможностей нацеливания. Однако токсикологические и экологические проблемы наноматериалов, используемых в этих системах, вызвали тревогу среди исследователей и, таким образом, заставили исследователей искать новые пути доставки лекарств к целевым участкам. В течение этого десятилетия наблюдался резкий рост био-вдохновленных и биомиметических систем доставки лекарств. Био-вдохновленные платформы имитируют природные компоненты внутри организма, что делает их более безопасными и эффективными в доставке лекарств.

С момента своего появления десятилетия назад нанотехнологии предоставили многообещающие решения в сфере здравоохранения. Нанотехнологии широко используются как в диагностических, так и в терапевтических целях. Такие платформы, как липосомы, дендримеры, наноэмульсии, мицеллы и углеродные нанотрубки, эффективно используются для лечения рака. Эти системы также предлагают преимущество минимизации недостатков, связанных с лекарствами, такими как растворимость, стабильность и биодоступность. Нанотехнологии коснулись всех сфер жизни, включая пищевую и косметическую промышленность. Успех широко принят в научном сообществе, предлагающем новые приложения с каждым днем. Однако некоторые исследователи выразили искреннюю обеспокоенность, связанную с токсичностью наноматериала внутри организма. Поскольку наночастицы чрезвычайно малы по размеру, они проникают глубоко внутрь тканей и клеток. Исследователи обеспокоены его выведением из организма. Некоторые исследования показывают, что неорганический наноматериал откладывается глубоко в тканях и вызывает серьезные побочные эффекты для человеческого организма. Использование органических и  биоразлагаемых веществ в наноформуле в некоторой степени минимизировало эту проблему. Однако для успешной доставки лекарств необходим полностью безопасный и надежный подход. Именно здесь био-вдохновленные системы доставки показывают свою важность. Было замечено, что имитация природного способа транспортировки веществ и клеток внутри организма может помочь в усилении фармакологической активности и снижении неизбежных побочных эффектов, связанных с лекарствами.

Усовершенствованная система доставки лекарств ведет себя как суперкомпьютер. Она предлагает как «аппаратные», так и «программные» компоненты, которые контролируют обработку и введение лекарств и регулируют локальное или системное высвобождение, а также определяют микросреду, через которую лекарство должно пройти на пути к месту действия. Био-вдохновленные системы доставки лекарств разработаны так, чтобы они были знакомы биологическим молекулам, которые непрерывно транспортируются внутри организма. Биомиметика недавно была определена как новая область науки, которая включает изучение того, как Природа проектирует, обрабатывает и собирает/разбирает молекулярные строительные блоки для изготовления высокопроизводительных мягких материалов и минерально-полимерных композитов, а затем применяет эти конструкции и процессы для проектирования новых молекул и материалов с уникальными свойствами. Биологические молекулы, такие как эритроциты, бактериальные призраки и генетически модифицированные стволовые и дендритные клетки, широко использовались и принимались для целей доставки лекарств. Их уникальные свойства делают их пригодными для исследований in vivo. Например, повторно запечатанные эритроциты широко использовались для доставки наночастиц. Лекарства могут быть включены в ядро ​​эритроцитов или прикреплены к поверхности для успешной доставки лекарств. Бактерии используют фимбрии и жгутики, чтобы прикрепиться к слизистой оболочке человека. Это уникальное свойство бактерий может быть использовано в мукоадгезивной доставке лекарств с помощью наночастиц. Похожие идеи были почерпнуты из застежек-липучек, клеев, вдохновленных гекконами (на основе геометрии), и адгезивных белков мидий для успешной доставки лекарств.

Лекарства, доставляемые с помощью биоинспирированных механизмов, как правило, остаются внутри человеческого организма в течение более длительного времени и разрабатывают уникальные стратегии для уклонения от иммунной системы хозяина. Бактерии, которые используются для разработки биоинспирированных систем доставки, непатогенны и, как правило, считаются безопасными (GRAS). Некоторые из них включают Lactococcus lactis, который используется для производства белка, и Streptococcus gordonii, которые способны колонизировать слизистую оболочку полости рта, носа и влагалища. Помимо продукции цитокинов и ферментов, ослабленные патогенные бактерии также использовались для нацеливания на опухоли. Аналогичным образом исследователи разработали наномашину, называемую «микроботами», которая по сути является бактериями, которые использовались для загрузки наночастиц для успешной доставки в желаемые места.