Applications d'administration de médicaments à partir de nanoparticules

Introduction aux propriétés activatrices de l’administration de médicaments des nanoparticules

L’administration de médicaments est une tâche notoirement difficile, car de nombreuses variables affectent l’efficacité d’un ingrédient actif donné. L'intégration de nanoparticules adaptées dans les applications d'administration de médicaments a été utilisée pour remédier aux limites de l'administration conventionnelle de médicaments, en particulier les défis associés au ciblage et à la libération programmée.

La conception d'un système d'administration de médicaments à base de nanoparticules comprend de nombreuses considérations croisées, notamment la méthode d'administration, l'emplacement cible de la charge utile du médicament, la cinétique d'absorption et le temps de circulation. Un levier clé dans ce processus de conception est la fonctionnalisation de la surface des nanoparticules. L'introduction de groupes chimiques de surface fonctionnels permet la fixation d'un milieu de ligands de ciblage qui aideront à guider la nanoparticule vers l'emplacement souhaité dans le corps, comme des protéines membranaires cellulaires spécifiques à un organe, des biomarqueurs circulants ou d'autres protéines spécifiques à une maladie. Des produits chimiques de surface correctement conçus permettent également à la nanoparticule de résister à son environnement avant sa livraison. Ces conceptions varient en fonction des exigences de la méthode d'administration, avec des considérations différentes pour les voies d'administration orales, topiques, intraveineuses ou par inhalation.

Un nanomédicament peut être nécessaire pour administrer un traitement, pour inhiber ou promouvoir l'activité enzymatique, pour réguler positivement ou négativement une voie particulière, induire l'apoptose ou délivrer du matériel génétique. La nanomédecine doit non seulement délivrer la charge utile au bon endroit, mais également maintenir la concentration appropriée (la « fenêtre thérapeutique ») pendant suffisamment de temps pour être efficace. Pour ce faire, le nanomédicament doit circuler dans le corps suffisamment longtemps pour libérer sa charge médicamenteuse ciblée et maintenir une concentration thérapeutique avant que le système immunitaire de l’organisme n’élimine la nanoparticule. Les considérations relatives à la qualité des nanoparticules dès la conception (QbD) pour cette application finale incluent : Le nanomédicament devra-t-il être administré une ou plusieurs fois ? Quelle est la cinétique de libération souhaitée du médicament ? Les nanoparticules s'accumulent-elles dans le corps ou quelle est la voie de clairance ? La capacité d'adapter la composition, la taille, la forme et la fonctionnalisation de la surface des nanoparticules permet d'adapter les profils de libération, de circulation et de clairance du nanomédicament pour répondre à ces questions.

Outre les options de personnalisation pour les systèmes d'administration basés sur des nanoparticules, ce format offre un avantage supplémentaire dans la capacité d'encapsuler des charges utiles de médicaments cytotoxiques à des charges élevées tout en masquant leur présence avant une administration ciblée. Ce format s'appuie sur des conjugués anticorps-médicament (ADC) récemment approuvés, utilisés comme nouveaux agents chimiothérapeutiques, par exemple, dans lesquels un anticorps monoclonal (mAb) est attaché de manière covalente à une molécule médicamenteuse pour améliorer l'administration de matériaux cytotoxiques aux tumeurs par rapport aux voies d'administration traditionnelles. . Étant donné que peu de molécules du médicament peuvent être attachées à chaque anticorps, les ADC souffrent d’une charge de médicament relativement faible. En utilisant des nanoparticules poreuses ou creuses conçues pour encapsuler le médicament tout en ciblant des endroits spécifiques du corps, la charge utile hautement concentrée et la réduction de l'administration non spécifique peuvent améliorer l'efficacité thérapeutique et les résultats pour les patients.

Les références

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Matériel connexe

Directives de sélection des nanoparticules

La sélection du type de nanoparticules et de la chimie de surface pour les applications d'administration de médicaments dépend de divers facteurs, tels que la voie d'administration, les propriétés chimiques et la toxicité du médicament à charger, la concentration souhaitée du médicament dans la nanomédecine et la durée de vie souhaitée dans l'organisme.

Matériau et morphologie des nanoparticules

Nanoparticules de silice : les nanoparticules de silice solide ou poreuse (SiO2 amorphe) peuvent être préparées de manière reproductible dans une gamme de tailles, avec une grande uniformité, et modifiées via la chimie standard du silane pour introduire un grande variété de possibilités de fonctionnalisation de surface. Bien que la silice soit une matière inorganique, elle est un composé courant chez les créatures biologiques et peut être biodégradée puis finalement excrétée par les reins. En raison de cette combinaison de biocompatibilité et de biodégradabilité, les nanomatériaux de silice sont le véhicule de choix pour une gamme diversifiée d'ingrédients pharmaceutiques actifs (API). Les particules de silice solide ont des nanopores qui peuvent incorporer des espèces de faible poids moléculaire, ou la surface peut être fonctionnalisée pour être chargée hautement positivement afin d'adsorber électrostatiquement le matériel génétique, par exemple pour délivrer un ARN inhibant des cellules spécifiques.

L’administration de molécules médicamenteuses plus grosses ou de charges utiles plus élevées peut être réalisée à l’aide de nanoparticules de silice mésoporeuses (MSN), qui ont attiré une attention considérable au cours des deux dernières décennies, principalement en raison de leur polyvalence en matière de capacité de chargement de marchandises et de fonctionnalisation de surface. Cette famille de nanoparticules inorganiques biocompatibles est capable de s'adapter à une grande variété d'API, depuis les petits médicaments hydrophobes jusqu'aux grandes biomolécules, en faisant simplement varier la taille de ses pores et en modifiant sélectivement sa surface, qui peuvent souvent être adaptées indépendamment pour introduire différentes fonctionnalités à l'intérieur ou à l'extérieur. en dehors de sa matrice poreuse. Une capacité de charge élevée jusqu'à 30 % en poids pour les petites molécules dans la silice mésoporeuse a été démontrée, et il n'est pas rare d'atteindre 10 % en poids pour l'ARN messager (ARNm) dans les particules à gros pores.

Téléchargez notre protocole de chargement MSN

D’autres types de nanoparticules peuvent être incorporés au cœur des nanoparticules de silice solides et mésoporeuses, créant ainsi des particules composites aux fonctionnalités multiples ou introduisant des particules pouvant jouer le rôle de traceurs. Par exemple, des coques de silice avec une épaisseur et une chimie de surface réglables peuvent être déposées autour des noyaux d'Au, et ces particules peuvent être utilisées dans des études pharmacocinétiques, pharmacodynamiques et de biodistribution, où la concentration et l'emplacement de ces particules peuvent être déterminés par analyse élémentaire de Au, ce qui ne se produit pas naturellement dans le corps.

Application Paramètre clé de conception* Avantage Représentation visuelle
✓ Livraison de médicaments
✓ Catalyse
Élimination chimique ✓
Géométrie de pore hexagonale Adsorption et libération moléculaires contrôlées MCM-41**
Options de fonctionnalité de surface négative (silice) ou positive (aminée) Capacité à effectuer des transformations chimiques spécifiques
Particules de 100 nm avec pores de 3 nm Accueille la plupart des petites molécules et médicaments
Géométrie radiale à gros pores Accueille des API plus grandes

*Certains paramètres de conception nécessitent une conception personnalisée – contactez-nous pour en savoir plus
**Géométries de pores radiaux et cubiques également disponibles en tant que matériaux personnalisés

Nanoparticules métalliques : L'or est le métal le plus largement utilisé pour l'administration de médicaments par nanoparticules et les applications thérapeutiques, en raison des propriétés chimiques inertes du matériau et de sa biocompatibilité générale. L'intérêt actuel pour les nanoparticules d'or en nanomédecine exploite généralement les propriétés optiques uniques de l'or, en particulier la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) qui peut être réglée des longueurs d'onde du visible au proche infrarouge (NIR) en modifiant la taille et la morphologie des particules. En tant que matériau doté de capacités avancées dans les domaines thérapeutique et diagnostique, les nanoparticules à base d'or peuvent être facilement utilisées comme agents théranostiques, combinant ces deux domaines d'application, et ont été utilisées dans diverses applications allant de la luminescence à deux photons aux thérapies photodynamiques et photothermiques. , à l'identification des cellules via la spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS).

Nanoparticules PLGA : Au cours des dernières décennies, les nanoparticules fabriquées à partir de poly(acide lactique-co-glycolique) (PLGA) ont été des véhicules attrayants pour l'administration de médicaments en raison de l'approbation par la FDA du polymère à des fins thérapeutiques et de la biocompatibilité et biodégradabilité du matériau. Cette classe de copolymère peut être fabriquée avec différents rapports d'acide lactique et d'acide glycolique pour ajuster les propriétés du matériau et le taux de dégradation dans le corps, et les groupes terminaux terminaux du polymère peuvent également être choisis pour créer du PLGA terminé par des acides carboxyliques, des esters, et des amines, offrant une grande polyvalence dans la conception et la fonctionnalisation des nanoparticules. En fonction des besoins de l'application, la voie de synthèse des particules PLGA peut être adaptée pour produire des particules uniformes d'une taille comprise entre 100 nm et 1 µm. La combinaison de ces caractéristiques nous permet d'encapsuler une large gamme d'API, notamment des petites molécules hydrophobes et hydrophiles, des protéines et de l'ARN, avec des charges typiques allant jusqu'à 10 % en poids d'API.

En savoir plus sur nos capacités de fabrication et de fabrication PLGA

Modification de la surface des nanoparticules

La mise en œuvre de nanoparticules pour des applications d’administration de médicaments nécessite non seulement la sélection de la taille, de la forme et du type de matériau appropriés des particules, mais également de la chimie de surface et des ligands de ciblage appropriés. Chez nanoComposix, nous pouvons modifier la surface de nombreuses nanoparticules avec des groupes fonctionnels spécifiques, des polymères biocompatibles et des biomolécules (protéines, anticorps, oligonucléotides). Le tableau ci-dessous résume certaines des modifications de surface les plus courantes utilisées par nanoComposix pour les applications d'administration de médicaments.

Modification Description
PEG Les ligands du polyéthylène glycol (PEG) offrent un degré élevé de biocompatibilité, peuvent améliorer la stabilité dans des environnements riches en sel et réduire les interactions non spécifiques. Les ligands PEG peuvent être liés de manière covalente à la surface métallique pour produire des revêtements stables. De plus, certains PEG bifonctionnels peuvent être utilisés pour introduire d’autres fonctionnalisations de surface.
Antibodies Les anticorps (Ab), y compris les fragments et les anticorps à domaine unique VHH, peuvent être conjugués sur une variété de nanoparticules en utilisant la chimie EDC/NHS standard ou via une multitude de méthodes de chimie bioorthogonale par clic, en fonction du type de particule.
Proteins Les protéines peuvent être conjuguées sur une surface de nanoparticules en utilisant le même type de chimie de conjugaison utilisée pour Ab. Si plus d’une protéine par nanoparticule doit être conjuguée sur une nanoparticule, cela peut être accompli en utilisant la chimie bioorthogonale du clic.
Peptides Parfois, seul un court fragment est nécessaire pour diriger le nanomédecine vers la bonne cible, et peut être réalisé en conjuguant des séquences peptidiques spécifiques à la surface des nanoparticules.
Oligos Les oligonucléotides (oligos) peuvent être attachés de manière covalente ou encapsulés.
Fluorophores Divers fluorophores peuvent être attachés de manière covalente ou peuvent être encapsulés dans la nanoparticule.

Libération déclenchée de médicaments à l’aide de nanoparticules d’or

Les nanoparticules d'or fonctionnalisées peuvent libérer une charge utile à un endroit approprié grâce à une irradiation par une lumière proche infrarouge (NIR), conduisant à une génération de chaleur plasmonique. Avec la capacité d'être décorées avec une variété de composés, dont la doxorubicine, l'acide hyaluronique, le folate, des polymères (PEG, poly(N-isopropylacrylamide), des protéines (ovalbumine, biotine) et de l'ADN et de l'ARN (siRNA et shRNA), les nanoparticules d'or fournissent un plate-forme polyvalente pour délivrer des cargaisons thérapeutiques grâce à la stimulation thermique de revêtements thermosensibles.

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Nanoparticules de silice et de silice mésoporeuse – Une plateforme multifonctionnelle

Les nanoparticules de silice peuvent être conçues selon des tailles spécifiques et sont capables de tolérer un pH faible et de résister à la digestion enzymatique. En tant que telles, les nanoparticules de silice solide et de silice mésoporeuse ont été utilisées pour plusieurs applications d'administration orale de médicaments, la biodisponibilité des API augmentant de 50 à 350 %. En raison de leur surface spécifique élevée, les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSN) peuvent encapsuler une grande variété d’API à des niveaux de charge élevés. La taille totale des particules et la taille des pores des nanoparticules de silice mésoporeuse peuvent être contrôlées, et la surface et l'intérieur de la particule peuvent être fonctionnalisés indépendamment dans certains cas. Par exemple, le matériel génétique peut être adsorbé sur la surface externe des MSN chargés positivement – ​​obtenus grâce à une simple modification de surface en une seule étape – tandis que des molécules médicamenteuses plus petites peuvent être efficacement piégées à l’intérieur des pores. Pour les matériaux sensibles comme les ARN messagers, il est possible d’augmenter la taille de la cavité pour s’adapter à leur plus grande taille et les protéger de l’environnement. En outre, des approches simples de modification de surface peuvent être utilisées pour les fonctionnaliser avec des molécules de coiffage sensibles au pH, à la température ou aux enzymes afin de diriger davantage la livraison de leur cargaison dans des conditions prescrites ou déclenchées. La polyvalence de la silice permet la création de matériaux composites noyau-coquille, incorporant des nanoparticules d'or, d'oxyde de fer ou d'argent comme noyaux entourés d'une coque de silice uniforme, ce qui permet soit la libération de la cargaison lors de l'irradiation, de l'activation magnétique ou de la synergie d'un médicament. effets des cations métalliques.

Les références

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PLGA – Plateforme de système d’administration de médicaments facile

En ajustant le taux de dégradation du PLGA, les chercheurs peuvent contrôler la rapidité avec laquelle les médicaments sont libérés, permettant ainsi une libération prolongée et des systèmes d'administration de médicaments (DDS) potentiellement plus efficaces. De plus, les nanoparticules de PLGA peuvent être modifiées au niveau moléculaire pour cibler des tissus spécifiques, améliorant ainsi l'administration de médicaments et réduisant potentiellement les effets secondaires sur les cellules saines. Cette approche ciblée, ainsi que la capacité de surveiller l'administration de médicaments par imagerie, ont révolutionné les techniques in vivo pour des maladies telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires et les troubles du système nerveux central.

Les références

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