Nanocarriers with tunable mucus penetration and release properties for controlled delivery of biomolecules
Authors: Μπουργάνης Βασίλειος 
Published: August 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται η σύνθεση καινοτόμων συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων, τα οποία παρουσιάζουν αυξημένη ικανότητα διαπέρασης των διάφορων βιολογικών και φυσικών εμποδίων (π.χ. ενζυματικά καταλυόμενη όξινη υδρόλυση στο γαστρικό περιβάλλον, δράση πρωτεολυτικών ενζύμων στο λεπτό έντερο, καθώς και το φυσικό εμπόδιο του βλεννογόνου) που δυσχεραίνουν τη στοματική χορήγηση θεραπευτικών βιομορίων, οδηγώντας σε μειωμένα ποσοστά βιοδιαθεσιμότητας. Πιο συγκεκριμένα, οι νανοδομημένοι αυτοί φορείς κατορθώνουν να διαπερνούν τη βλέννα, απελευθερώνοντας το φαρμακευτικό τους φορτίο με ελεγχόμενο και εκλεκτικό τρόπο στο σημείο που απαιτείται.Η βλέννα εκκρίνεται από καλυκοειδή κύτταρα στο επιθήλιο καθώς και από υποβλεννογόνιους αδένες και φέρει διττό ρόλο, επιτρέποντας αφενός τη διέλευση θρεπτικών συστατικών στην περικυττάρια περιοχή, αποτρέποντας ωστόσο την είσοδο παθογόνων μικροοργανισμών και νανοσωματιδίων. Επιπλέον, φέρει λιπαντικό ρόλο, ενώ συντελεί και στη διατήρηση της υγρασίας στην επιφάνεια των επιθηλιακών κυττάρων. Η προστατευτική της ικανότητα αποτελεί ταυτόχρονα και ανεπιθύμητο χαρακτηριστικό, καθώς πέρα από παθογόνους μικροοργανισμούς αποτρέπει και τη διέλευση θεραπευτικών βιομορίων, καθιστώντας αδύνατη την από του στόματος χορήγησή τους.Για την υπέρβαση του φυσικού φραγμού της βλέννας πραγματοποιήθηκε η παρασκευή «ολισθηρών» νανοφορέων, οι οποίοι διαχέονται στη βλέννα μιμούμενοι διάφορους ιούς που κινούνται στη βλέννα με ρυθμό όμοιο με αυτόν στο νερό. Τα σύμπλοκα πολυηλεκτρολυτών παρουσιάζουν επιθυμητά χαρακτηριστικά προς αυτή την κατεύθυνση και για το λόγο αυτό διεξήχθη η προσεκτική επιλογή των κατάλληλων πολυηλεκτρολυτών, ενώ ακολούθως μελετήθηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων (λ.χ. pH, σειρά ανάμιξης, λόγος μαζών/φορτίων, κ.α.) στη διαδικασία παρασκευής των συμπλόκων. Ακολούθησε εκτενής χαρακτηρισμός των συμπλόκων ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, την κυτταροτοξικότητά τους, την ικανότητά τους να διαπερνούν τη βλέννα, καθώς και τη σταθερότητά τους. Ακολούθως, επετεύχθη η σύζευξη πρωτεϊνικών φαρμάκων (λ.χ. ινσουλίνης, PEP356 καθώς και αλβουμίνης βόειου ορού) στα σύμπλοκα αυτά και μελετήθηκε ο ρυθμός αποδέσμευσης των βιομορίων. Διαπιστώθηκε ότι ο μηχανισμός της αποδέσμευσης των βιομορίων οδηγεί στην τοπικά εκλεκτική απελευθέρωσή του, συντελώντας στην τοπική μόνο απελευθέρωση του βιομορίου στην επιθυμητή περιοχή. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων υποδεικνύει την επιτυχή σύνθεση συμπλόκων πολυηλεκτρολυτών με κατάλληλες ιδιότητες και αυξημένη ικανότητα διαπέρασης των βλεννωδών μεμβρανών ενώ η ικανότητα τροποποίησης των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των σωματιδίων κατά το δοκούν οδηγεί σε σωματίδια ικανά να εξυπηρετούν πληθώρα εφαρμογών.Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση λειτουργικών νανοσωματιδίων πολυ(γαλακτικού-γλυκολικού) οξέος (PLGA), το οποίο φέρει ομοιοπολικά συζευγμένες πεπτιδικές ακολουθίες που αφενός το καθιστούν πιο υδρόφιλο, διευκολύνοντας έτσι την κίνησή του εντός του δικτύου της βλέννας κι αφετέρου αποτελούν υπόστρωμα πρωτεασών που απαντούν στην ψυκτροειδή παρυφή των επιθηλιακών κυττάρων. Η ενζυμική σχάση των πεπτιδικών αυτών ακολουθιών οδηγεί στην αλλαγή του ζ-δυναμικού του σωματιδίου από αρνητικό σε θετικό, αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο την ικανότητα ενδοκυττάρωσης των σωματιδίων. Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η σύζευξη του πεπτιδίου στο πολυμερές PLGA μέσω της αντίδρασης του καρβοδιιμιδίου και εν συνεχεία η παρασκευή λειτουργικών νανοσωματιδίων με τη μέθοδο του διπλού γαλακτώματος. Ακολούθησε ο πλήρης φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των σωματιδίων, ενώ επίσης μελετήθηκαν η κυτταροτοξικότητα και η ικανότητα διάχυσής τους στη βλέννα. Τέλος, διερευνήθηκε και η in vitro ικανότητα των σωματιδίων να μεταβάλλουν το ζ-δυναμικό τους από αρνητικό σε θετικό μετά την ενζυμική σχάση των πλευρικών αλυσίδων που φέρουν.