TRANSPORTNÍ JEVY - ORGANISMUS

Yi Zhang et al., Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 3762--3809

TRANSPORTNÍ JEVY - ORGANISMUSInhalace

IntersticiumAlveolární epitel

Bronchiální epitel

Regionální mízní uzliny

NPsNeutrofil

MonocytOběh

Ledviny

Srdce

Imunitní systém

Mozek

Játra

Plod

MočNeutrofil

Epitel. tekutina

Makrofág

TRANSPORTNÍ JEVY - ORGANISMUS

Selektivní záchyt v orgánech

• Játra – sinusoidy (průměr 5-10 µm, póry100-150 nm), Kupfferovy bu ňky – vlivpovrchového náboje a pružnosti NP,hepatocyty – internalizace částic do 90 nm ,vylu čování žlu čí – částice v ětší než 6 nm

• Pravá srde ční komora – malý plicní ob ěh(cévy 2–13 µm) – levá srde ční komora -orgány

• Ledviny – póry glomerulu (5-6 nm) a záchytv mesangiu (± 75 nm)

• Slezina – záchyt částic > 200 nm, podlouhlýnepravidelný tvar, malá pružnost

Bertrand N., Leroux J.Ch., Journal of Controlled Release 161 (2012) 152–163


A.M.Jhaveriand and V.P.Torchilin, Frontiers in phramacology 2014, doi: 10.3389/fphar.2014.00077

EPR efekt (Enhanced permeation and retention)

Angiogeneze v tumoru

Defektní nebo penetrované cévy

v tumoru

Extravasace a záchyt NPs v tumoru

Lymfatický ob ěh

NPs injektované do krve - pasivní p řestup do tumoru – EPR efekt

Spojení bun ěk epitelu

normálních cév



Alveolární epitel

Intersticium

EndotelNPs z jiných míst vstupu

Vznik tromb ů

Cytokiny Imunitní bu ňky

Uvol ňování cytokin ů

Krevní desti čky

Interakce NPs s imunitním systémem

• makrofágy v epitelu alveol po interakci s NPs uvol ňují cytokiny → přestup p řes endotel do cév a vznik lézí

• NPs přestoupí p řes intersticium a interagují s makrofágy endotelu → uvoln ění cytokin ů → přestup do cév a vznik lézí

• NPs přestoupí p řes intersticium a endotel → interakce s krevními desti čkami → uvoln ění cytokin ů → vznik lézí



Interakce NPs s imunitním systémem

Nanočástice

Mikro částice

MHC-I

MHC-II

Th0

Th1

Th2

Bun ěčná imunita - zánět

Látková imunita

• NPs pohlceny fagocytujícími bu ňkami IS – uvoln ění cytokin ů – dozrávání Th0 na Th1- bun ěčná imunita

• mikro částice zachyceny na povrchu fagocytujících bun ěk IS – uvoln ění cytokin ů –dozrávání Th0 na Th2 – humorální (látková) imunita


Zhang X. et al., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 100, 155 –162 (2012)

ABC efekt (Accelerated blood clearance)

• přímá interakce NPs sB-lymfocyty ve slezin ě

• sekrece protilátek

První fáze - senzibiliza ční

Druhá fáze - efektorová

• 2-4 dny po prvním kontaktu výrazn ě vzroste koncentrace specifických protilátekv krevní plazm ě

• rychlá opsonizace NPs – záchyt v Kupfferových bu ňkách v játrech

• podstatné zkrácení doby cirkulace NPs v krvi, efekt trvá 2-4 týdny

• efekt výrazn ější pro PEGylované částice

ANTIMIKROBIÁLNÍ Ú ČINKY Ag -NPs

Marambio-Jones C., Hoek E.M., Journal of Nanoparticle Research 12, 1531-1554 (2010)

1. Ag+ uvoln ěné z Ag NPs vyvolá tvorbu ROS

2. Ag NPs interagují s membránovými proteiny a m ění jejich funkci

3. AgNPs se akumulují na povrchu bun ěčné membrány a m ění její propustnost

4. Ag NPs p řestupují do bu ňky, kde generují ROS, uvol ňují Ag + a poškozují DNA

– vzniklé ROS mohou též poškodit DNA, integritu bun ěčné membrány a membránové proteiny

– uvoln ěné Ag + - poškození DNA a membránových protein ů

(Damm et al. 2008; Neal 2008)

OSNOVA PŘEDNÁŠKY

• Tvoří nanomateriály z hlediska toxikologie a farmakologie zvláštní skupinu?

• Jaké d ěje probíhají na rozhraní nanomateriál – bun ěčná membrána?

• Jaké parametry ovliv ňují biologickou aktivitu nano částic?

• Jaké jsou hlavní typy nano částic používané v medicín ě?

• Jaké jsou hlavní p řínosy a rizika jejich používání?

OSNOVA PŘEDNÁŠKY

• Tvoří nanomateriály z hlediska toxikologie a farmakologie zvláštní skupinu?

• Jaké d ěje probíhají na rozhraní nanomateriál – bun ěčná membrána?

• Jaké parametry ovliv ňují biologickou aktivitu nano částic?

• Jaké jsou hlavní typy nano částic používané v medicín ě?

• Jaké jsou hlavní p řínosy a rizika jejich používání?

NPs V MEDICÍNĚ A FARMACII

• dvojvrstva amfifilních fosfolipid ů vypln ěná vodnou fází

• unilamelární, multilamelární, multivezikulární

• kationické, anionické, neutrální

• transfek ční systémy v genové terapii – p řenos vybraných úsek ů DNA či siRNA do jader eukariotních bun ěk

• cílený transport lé čiv do dýchacích cest, zadního segmentu oka, mozku a vnit řních vrstev k ůže (např. doxorubicin)

Liposomy

A. Surendiran et al. / Indian J. Med. Res. 130 (2009) 689–701



• nízká p řepravní kapacita, p ředčasné uvol ňování látek, náchylnost k agregaci p ři skladování, vychytávání makrofágy (PEGylace)

• toxicita souvisí s povrchovým nábojem a se složením

� kladn ě nabité nejtoxi čtější

� zejména imunotoxicita související s opsonizací, he patotoxicita - tvorbou ROS

Liposomy

• nutnost systémového přístupu p ři posuzování toxicity lé čiv

� Doxil- liposomální forma Doxorubicinu – šetrn ější terapie rakoviny prsu –nižší kardiotoxické účinky – jiná toxikokinetika

Doxorubicin


https://www.doxil.com/hcp/mechanism-of-action


L. Petruželka / Remedia 17 (2) (2007) 197–200

Celoživotní kumulativní dávka doxorubicinu do srdeční příhody (medián)

lipAC - Liposomální doxorubicin/cyklo-fosfamid 60/600 mg.m2

AC - konvenční doxorubicin/cyklo-fosfamid 60/600 mg.m2


Shaheen S.M. et al./ Pakistan Journal of biological sciences 9 (6) (2006) 1181–1191

ADEPT – Antibody Directed Enzymatic Prodrug Therapy

Fab fragmet

Fab – fragment antigen binding

EnzymProlé čivo

Aktivní lé čivo

Nádorová bu ňka

liposom

EnzymProtilátka

Antigen

Prolé čivoOchranný

obal

Nádorová bu ňka

Aktivní lé čivo

1 – bez liposom ů

2 – s liposomy



• nano částice složené z rozv ětvěných makromolekul s p řesně definovanou strukturou

• vnit řní jádro obklopené soust řednými vrstvami – generace dendrimeru (G1-G10 – 10-12 nm) –vysoce monodisperzní systém

• hydrofilní povrch a hydrofobní jádro – transport lé čiv málo rozpustných ve vod ě

• polymery PAMAM (polyamidoamin), PPI (polypropylenimin) a PLL (poly-L-lysin)

• postupné uvol ňování lé čiv

Dendrimery

PLLPAMAM G0



• PAMAM dendrimery - cílený transport cytostatik

– cis -platina - vyšší rozpustnost ve vod ě, nižší cytotoxicita, vyšší akumulace v solidních tumorech

– neprostupují amnionem (blána zárode čného obalu) -vagináln ě aplikované léky nepoškozující plod

• volné - NH 2 na povrchu dendrimer ů - kladný náboj spojený s vysokou cytotoxicitou

– perforace bun ěčné membrány - únik enzym ů z cytosolu bun ěk

– hemolytické ú činky - zejména vyšší generace

Dendrimery

• teoreticky možné postupy snížení toxicity

– monomery, které jsou produktem p řirozených metabolických drah– povrchová úprava - PEGylace, sacharidy, aminokyselin y– zvýšení efektivity cíleného transportu


C. Fisher et al. / Journal of Nanomaterials (2012), ID 315185

• jednost ěnné (SWCNTs) → průměr 0,7 – 1,5 nm; vícest ěnné (MWCNTs) → průměr 2 – 50 nm

• povrchová úprava nezbytná pro dosažení dostate čné rozpustnosti a biologické dostupnosti

• biosenzory, skafoldní systémy, nosi če léčiv

Uhlíkové nanotrubice (CNTs)

Parametry ovliv ňující toxicitu

• průměr, délka, povrchová úprava → mechanismy pr ůchodu p řes bun ěčnou membránu → intracelulární lokalizace (prostá difúze → cytosol; endocytóza → endosomy a lysosomy; p římá penetrace funkcionalizovaných CNTs p řes bun ěčnou membránu → mitochondrie)

• vláknitý charakter CNTs → in-vivo - plicní fibrózy, in-vitro – maligní konverze lidských epiteliálních plicních bun ěk


Wu J. et al./ Nanotechnology 23 (2012) 355101

MDR – Multidrug resistence

P-gp – P-gykoprotein

GO – grafenoxid

ADR – adriamycin



• kulovitá struktura složená z uhlíkových atom ů (C60 C70 C76 C78 C80)

• endohedrální a exohedrální fullereny

Fullereny

• transport lé čiv – antivirotika, antibiotika, protinádorové léky

• protektivní ú činky proti oxidativnímu stresu – vychytávání volných radikál ů

• produkce ROS po fotoaktivaci – protinádorová lé čba

• stimulace imunitního systému - produkce specifických protilátek

• nebezpe čí znečišťujících látek (zbytky katalyzátor ů – Ni, Co) – vysoká cena purifikace



Superparamagnetické částice (SPION)

• jádro - magnetit (Fe 3O4) a maghemit ( γγγγFe2O3)

• povrch - zlato, silika, fosfolipidy, polysacharidy a pod.

• magnetickým polem řízené hromad ění v omezeném prostoru, kontrolovaný oh řev

• kontrastní látky pro MRI; magneticky řízené nosi če léčiv, magnetickým polem řízená foto-termální terapie nádor ů

• uvol ňování Fe 2+ → Fentonova reakce

– (Fe2+ + H2O2 → .OH + OH-)

• cytotoxicita redukována povrchovou úpravou → PVA, dextran

• genotoxicita (ne cytotoxicita) SPION potažených DMS A

• kometový test na lidských bu ňkách plicního epitelu – maghemit méně genotoxický než magnetit

FOTOKATALÝZA – TiO 2

Markowska-Szczupak A. a kol., Catalysis Today 169 (2011) 249–257

• anatas (Eg = 3,2 eV), ruVl (Eg = 3,02 eV) → 387,5

a 410 nm (3% intenzity slunečního světla)

• viry > gram-negativní bakterie > gram-pozitivní

bakterie > endospory > kvasinky > vláknité

houby

• kompletní fotokatalytická destrukce buněčných

komponent (za 75 h)

Antimikrobiální aktivita

• Huang Z. a kol. (2000) - E. coli – produkce enzymů SOD (konverze O2- na H2O2) a katalázy

(konverze H2O2 na H2O a O2)

• Tsai T.-M. a kol. (2010) - není korelace mezi odolností vůči antibiotikům a TiO2, odolnost

vůči TiO2 v některých případech spojena s tvorbou plasmidů

Rezistence

FOTOKATALÝZA – TiO 2

Markowska-Szczupak A. a kol., Catalysis Today 169 (2011) 249–257

• pokusy s odstraňováním VOCs, PAHs a NOx v

laboratorních podmínkách → koncentrace v

ppm (αααα - konstantní, účinnost oxidace závislá

na ββββ); v reálných podmínkách koncentrace v

ppb (význam αααα >β>β>β>β)

• prudký pokles rychlosti oxidace při

koncentracích <<<< jednotky ppm

• oxidace směsí → např. inhibiční účinek SO2

Rozklad škodlivin

• vliv vzdušné vlhkosV → např. snížená adsorpce škodlivin, vysoká koncentrace meziproduktů

vytlačovaných vlhkostí do plynné fáze (nedokonalá mineralizace)

• Gunschera J. a kol. (2009) – mezi typické produkty fotooxidace VOCs na TiO2 patří formaldehyd,

formaldehyde, furfural, acetophenon, n-butylbutyrát, n-butyl-i-butyrát, n-butylpropionát, 4-

heptanon, kyselina octová, i-butyraldehyd a krotonaldehyd

• Auvinen J. a kol. (2008) – zdrojem toxických produktů fotooxidace může být i degradace

organické složky nátěrové hmoty

Děkuji za pozornost

Documents

TRANSPORTNÍ JEVY - ORGANISMUS