Нанопористые кремниевые материалы в фармакологии

регулярных и одинаковых пор с уникальными свойствами

для доставки лекарств

и других сопутствующих применений, позволяющих увеличить растворимость, контролируемое высвобождение и защиту активного фармацевтического компонента лекарственного препарата API (Active Pharmaceutical Ingredient).

Нанопористые микрочастицы на основе SiO2

2003, 2, 801–805.
Garcia-Bennett, Terasaki et al., Angewandte Chemie Int. Ed.,

2005, 44, 5317 –5322.
Garcia-Bennett et al., J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3189.
Garcia-Bennett et al., Angewandte Chemie Int. Ed., 2007, 45, 2434 –2438.

Нанопористые микрочастицы на основе кремния обладают следующими характеристиками:
Контролируемые размеры частиц: от 100 нм до 30 мкм
Одинаковые поры с размером в диапазоне: 2 нм – 10 нм
Площадь поверхности: достигает 900 м2/г

S, Lin J. Chem Soc Rev 2012;41:3679-3698. 
Матрица удаляется в ходе

процессов:
- кальцинирования при высокой температуре или
- растворения в органических растворителях

(2014) 1–12
Получение пористых кремниевых микрочастиц
Темплатный (template) / матричный синтез

водная фаза 1
OP - масляная фаза

WP-2 - водная фаза 2-осадитель

Na2SiO3 / Гексан / NH4HCO3, KHCO3, NaHCO3, NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2SO4

/Chem. Mater. 16 (2004) 5420-5426

пор
поверхность, содержащая силанольные группы => возможно

модифицировать
возможность «закрыть» каналы и «открыть» их в ответ на определенный импульс
контролируемый процесс синтеза

нанопористые материалы широко используются для переноса, защиты и улучшения растворимости

лекарственных препаратов.
Пористые кремниeвые частицы успешно были использованы для:
малых органических молекул
белков и пептидов
липидов
наночастиц и др.
Загрузка (инкапсуляция) лекарственного препарата может происходить путем простой адсорбции или ковалентного связывания с внутренней поверхностью нанопор.
Высвобождение лекарственного препарата может быть контролируемым и направленным.

наличия нанопор высвобождение лекарственного препарата является контролируемым и пролонгированным (протяженным

во времени).



За счет связывания лекарственного препарата внутри нанопор с помощью особых химических связей, разрушающихся под действием излучения, температуры, значения рН среды и пр. высвобождение может быть стимул-чувствительным.

компонента благодаря размеру пор кремниевых частиц
Поры
Сферическая
SiO2 частица
Аморфный API

биодоступность составляет 60-68% с периодом полувыведения 6.5 ч. Тем не

менее биодоступность является рН-зависимой и уменьшается на 78% при нейтральных рН из-за осаждения лекарства.

Патент Атазанавира истекает в 2017 году, что делает его прекрасным кандидатом для продления его жизненного цикла путем переформуляции.

биодоступности лекарства.

ИПП используется ВИЧ-пациентами для лечения симптомов изжоги и

болей в животе, которые часто являются побочными эффектами после ВИЧ-инфицирования и лечения.

По самым скромным оценкам количество ВИЧ-пациентов, получающим Атазанавир и ИПП варьируется от 20% до 40%.

Так как ИПП - безрецептурные медикаменты, вклад подобных взаимодействий лекарство-лекарство может быть недооценено.

Лекарственный препарат Атазанавир

with Proton Pump Inhibitors

www.nanologica.com

пористых частиц, загруженных ATV в имитированной кишечной жидкости (рН =

6,8)

In vitro изучение высвобождения препарата

Garcia-Bennett et al., ChemMedChem, 2009, 7: 43–48

In-vitro улучшение растворимости

Максимальная растворимость наблюдается для ATV, высвобождаемого из мезопористого кремния по сравнению со свободным кристаллическим ATV спустя 4 ч

ChemMedChem, 2009, 7: 43–48
Переформуляция лекарственного препарата Atazanavir в мезопористые частицы

увеличивает растворимость,
предохраняет агент от изменений pH,
увеличивает биодоступность.

Максимум растворимости, мг/л

Исследование растворимости в имитированной кишечной жидкости

ATV – свободный препарат Атазанавир

и различные виды кремниевых частиц, загруженных Атазанавиром

введении с Omeaprazole.
Значение ± стандартное отклонение. N= 3 животных

на временную точку. Cmax: 18.35 ng/ml (ATV) and 85.25 ng/ml (NFM-1-ATV).
AUC: 65.84 ng h/ml (ATV) and 271.91 ng h/ml (NFM-1-ATV).

In vivo эксперимент

Sprague Dawley крысам вводили Omeprazole (100 mg/kg) за 5 часов до введения свободного ATV и кремниевых пористых частиц, загруженных АТV - ATV - PSNP (10 mg/kg)

Garcia-Bennett et al., ChemMedChem, 2009, 7: 43–48

In-vivo улучшение растворимости

Концентрация ATV, нг/мл

ATV

ATV - PSNP

типов кремниевых частиц, загруженных ATV.

Отсутствие пиков демонстрирует аморфное состояние

активного фармацевтического компонента (API) даже спустя 12 месяцев хранения при комнатной температуре.

Garcia-Bennett et al., ChemMedChem, 2009, 7: 43–48

Доказательство улучшения стабильности

56 % ВИЧ-пациентов используют супрессанты кислот (не требуют рецепта)
20

% ВИЧ-пациентов страдают от гипохлоридии

Концентрация Атазанавира в крови

12 ч

24 ч

Время

75% снижение
Сmax и AUC

ATV/Ритонавир принимаются совместно

ATV/Ритонавир принимаются
совместно с ИПП

Возможный провал лечения при
использовании
стандартной
начальной дозы

вредных и токсических веществ используются специальные биосенсоры на основе различных

лигандов, ферментов или других молекул, специфически взаимодействующих с определяемым веществом.
Возможно поместить такие молекулы-биосенсоры в нанопоры кремниевых микрочастиц.
Таким образом, сочетание молекулярных концепций и трехмерных твердотельных организованных систем на основе нанопористого кремния может открыть новые привлекательные и синергетические гетеросупрамолекулярные подходы для улучшения распознавания/зондирования различных веществ, представляющих интерес.

БИОСЕНСОРЫ

процессов
детектирование и удаление различных биогенных молекул
определение следовых количеств

соединений в окружающей среде, способных воздействовать на здоровье человека
выявление нелегальных добавок в кормах , используемых в животноводстве

молекул, таких как микронутриенты, антимикробные агенты, антиоксиданты и др.
Нанопористые кремниевые

частицы являются превосходными контейнерами-переносчиками ввиду их исключительной стабильности, контролируемого размера пор и превосходной биосовместимости.

Использование мезопористых кремниевых материалов в индустрии продуктов питания

ДОСТАВКА И ВЫСВОБОЖДЕНИЕ БИОАКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ

контролируемое и стимул-чувствительное высвобождение
изменение способа введения
изменение фармакокинетики

образованием бактериальных биопленок, принадлежат к числу наиболее важных глобальных проблем

здоровья человека.
С помощью модификации нанопористых кремниевых частиц полимером поли(4-винилпиридин)ом удалось создать рН-чувствительную систему доставки хлоргексидина.
При пониженном рН, который может наблюдаться при бактериальной инфекции, цепи полимера протони-руются и благодаря электроста-тическому отталкиванию открывают нанопоры, из которых высво-бождается хлоргексидин, оказывая антибактериальное действие.

микрочастицы, модифицированные полимером и загруженные хлоргексидином

Ингибирование развития биопленок
Fullriede et al.,2016 

группы, управляющие поверхностным зарядом
активный
агент
МРТ
Заякоренный предшественник лекарства
Адсорбированное лекарство

Магнитные наночастицы
Белки
ДНК или

другие нуклеиновые кислоты