שיגור תרופות

שיגור תרופות הוא שיטה או תהליך טכנולוגי בו תרכובות תרופתיות מכוונות לפעול באתר מטרה מוגדר בגוף של בני-אדם או בבעלי חיים, כדי שהתרופה תפעל ככל הניתן על אתר המטרה, ולא תתבזבז או תגרום תופעות לוואי באתרים בגוף להם התרופה אינה מיועדת. לעיתים, שיגור תרופות משמש אף להפעלת התרופה ביעד בתנאים מוגדרים, כמו זמן מסוים או שילוב עם תרופות אחרות.
שיגור תרופות נעשה לעיתים בעזרת מערכות בקנה מידה ננומטרי, כגון: ליפוזומים, מיצלות, וירוזומים, ננו ספירות, ננו-קפסולות, דנדרימרים וננו-סיבים.

רקע

ישנן תרופות המיועדות לפעול על איבר מטרה מוגדר בגוף. מתן תרופות אלו דרך הפה או בהזרקה תוך ורידית, תפזר את התרופה לכל רקמות הגוף, כך שרק חלק קטן מהתרופה מגיע לאיבר המטרה. התרופה שמגיעה לאיברים אחרים מתבזבזת, במקרה הטוב, וגורמת לתופעות לוואי במקרה הגרוע. 
השיטה של שיגור תרופה דואגת לכוון את התרופה אל אתר המטרה שלה. כאשר התרופה רגישה לפירוק במגע עם רקמות של הגוף בדרכו אל היעד, התרופה מלווה בנשא המונע את פעולתו עד השגת תנאים מסוימים של: חומציות, טמפרטורה, המצאות או העדר של חומרים כימיים או ביולוגיים מסוימים וכן המצאות או העדר של תנאים פיזיקליים שונים כגון: שדה מגנטי בעצמה מוגדרת, שדה חשמלי בגודל מוגדר, גלי קול בתדר מוגדר או גלים אלקטרומגנטיים (כגון גלי רדיו RF בתדר מסוים), דבר המאפשר שליטה בהפעלת התרופה מחוץ לגוף באמצעות השראת התנאים להפעלת התרופה. הנשא הפשוט ביותר הוא מעטפת העוטפת את התרופה ומונעת ממנו להגיע למגע עם רקמות הגוף. בהגיע התרופה אל אתר המטרה, המעטפת מפורקת ומאפשרת לתרופה לבוא במגע עם רקמות אתר המטרה ולפעול את פעולתה. 
לשיגור תרופות מגוון יתרונות: השפעת התרופה יעילה וממושכת יותר כך שמתאפשרת הפחתה במינון נטילת התרופה על ידי המטופל ובנוסף ישנה הפחתה בתופעות הלוואי. 
חיסרון השיטה הוא עלות ייצור גבוהה הגורמת לרווח כלכלי נמוך לחברות התרופות. בעקבות כך חברות התרופות מעדיפות שלא לייצר תרופה במגוון רחב של מינונים על מנת לחסוך בעלויות וכתוצאה מכך נפגעת אפשרות התאמת מינון התרופה לחולה. 
ביישום השיטה יש לקחת בחשבון את הקריטריונים הבאים: מסלול העברת התרופה ליעדה, האתר שאליו מכוונת התרופה, התנאים באתר המטרה, מאפייני התרופה, תופעות הלוואי שלה והמחלה.

הובלת התרופה אל היעד

הובלת התרופה המשוגרת אל אתר המטרה נעשית בשיטות שונות המסווגות כאקטיביות או פסיביות.

הובלה פסיבית

בהובלה פסיבית, הגעת התרופה אל היעד מתבססת על תכונות של אתרי מטרה סרטניים שבאופן טבעי קולטים מקרו-מולקולות, על פי אפקט חדירות ואצירה מוגברת של גידולים סרטניים. בהתאם לכך, התרופה משוחררת עם הנשא לזרם הדם של המטופל ועם הזמן אחוז נכבד שלה מצטבר באתר היעד.

הובלה אקטיבית

בהובלה אקטיבית, נעשה שימוש בסמן המולבש על התרופה או הנשא ומובל לאתר המטרה. 
אחת השיטות לשיגור התרופה אל המטרה היא שימוש בליגנדים, כגון נוגדנים, שיקשרו באופן ספציפי לרקמות של אתר המטרה.

נשאי תרופות

נשא תרופות מיטבי הוא בעל המאפיינים הבאים: חסר רעילות, מתכלה או מתפנה מהגוף ואינו גורם לתגובה חיסונית כנגדו.
קיימים מספר סוגים של נשאי תרופות:

ליפוזום

הליפוזום הוא הנשא הנפוץ ביותר לשיגור תרופות. זהו נשא המיוצר בצורה מלאכותית ומורכב משכבה שומנית כפולה של פוספוליפידים הנסגרים מעגלית ויוצרים צורה כדורית. הליפוזום יכול לאכסן את התרופה במעטפת ההידרופוביות או באזור הפנימי ההידרופילי כתלות בתכונות התרופה המועברת. בנוסף, על פני השטח של הליפוזום ניתן להצמיד ליגנדים כגון נוגדנים שיקשרו באופן ספציפי לרקמות הפגועות, אליהן מיועדת התרופה. בדרך זו ניתן להעביר תרופות בזרם הדם ומתאפשר בידוד של התרופה מהרקמות הבריאות. כאשר הליפוזום יגיע לאתר המטרה הוא יתאחה עם הממברנה של התא ויעביר את תוכנו באופן ספציפי אל הציטופלזמה של תא המטרה.

מיצלות

מיצלה היא צבר של מולקולות אמפיפטיות, הנוצר בתוך תערובת קולואיד. המיצלות מיוצרות על ידי הרכבה עצמית של פולימרים אמפיפיליים המכילים תתי יחידות הידרופיליות והידרופוביות בסביבה מימית. המיצלות משמשות להעברת תרופות בעלות מסיסות נמוכה בתמיסה המימית של הגוף על ידי לכידתן בליבה ההידרופוביות. יתר על כן, הראשים ההידרופיליים יכולים ליצור קשרי מימן עם הסביבה המיימית וליצור מעטפת צפופה מסביב לליבה של המיצלה. כתוצאה מכך התוכן של הליבה ההידרופובית מוגן מפני הידרוליזה ופירוק אנזימטי. בנוסף, ההרכב הכימי של המיצלות, המשקל מולקולרי הכללי, ויחסי האורך של הפולימרים, ניתנים לשינוי בקלות, דבר המאפשר בקרה על הגודל והמורפולוגיה של המיצלות.

דנדרימרים

הדנדרימרים מאופיינים במבנה תלת מיימדי מרושת, סימטרי וכדורי המקנה להם מגוון רחב של שימושים. דנדרימרים הם סוג חדש של פולימרים שנוצרו במקור מסינתזה פשוטה של חזרות רבות על מונומר (תת היחידה). בדנדרימרים תהליך הפילמור של תתי היחידות אינו קוי באורינטציה של קשר ראש לזנב, אלא מעגלי במרחב בשל מספר הקבוצות פונקציונליות הקיימות על כל מונומר. לדנדרימרים תכונות ייחודיות כגון: הסתעפויות רבות, משקל מולקולרי מוגדר וחלל פנימי בין ענפי הדנדרימר, בדרך כלל בעל אופי הידרופובי. ניתן לשלוט על גודל הדנדרימר לפי מספר הפילמורים המעגליים. תכונות אלו הפכו את הדנדרימרים ליעד מושך עבור פיתוח יישומים ביולוגיים ולשיגור תרופות בפרט.
ניתן להעניק לדנדרימרים תכונות רצויות על ידי חיבור קבוצות פונקציונליות על פני שטח המולקולה או בחללים שנוצרים בין הענפים. בדרך זו ניתן לתכנן את המולקולה בהתאם למטרה הטיפולית שלשמה נועדה: לכוונה ליעד הרצוי בגוף, לשלוט באופן שיחרור התרופה ולדאוג לאכסון מתאים של התרופה בחלל המולקולה. לדוגמה: ניתן להפוך את הדנדרימרים למסיסים במים על ידי עטיפת המולקולה בקבוצות הידרופיליות. את התרופה ניתן לחבר לסביבה החיצונית של הדנדרימר עצמו, לקבוצות הפונקציונליות או לאכסנה בחלל הפנימי של הדנדרימר.
האפשרות האחרונה הציבה את הדנדרימרים בחזית המחקר למציאת נשא מתאים לתרופות אנטי סרטניות. אולם המחקר עדיין בראשית דרכו ויש לשכלל את השיטה על מנת למצוא פתרונות מתאימים.

פולימרים סינתטיים

קשירת פולימרים ביולוגיים (כגון פפטידים או חלבונים) לפולימרים סינתטיים מייצרת מבנים מורכבים בממדים ננומטריים המשמשים כמערכות לשיגור תרופות. במבנה זה הפולימר הביולוגי מהווה את התרופה, והפולימר הסינתטי מהווה את הנשא. הקישור בין הפולימרים נוצר באמצעות קשר קוולנטי או במקרים אחרים בשיטת הרכבה עצמית (self-assembly). המבנים, בהם התרופה קשורה לפולימר סינתטי מפחיתים את הרעילות של התרופה, מונעים תגובה חיסונית כנגדה ומגבירים את מסיסותה. באותה הדרך ניתן לקשור לפולימרים סינתטיים מקטעי דנ"א הנושאים עליהם גנים שונים וכך ליצור מערכות לשיגור גנים ללא שימוש בנשאים נגיפיים.

אתגרים עתידיים

לשימוש במערכות של שיגור תרופות פוטנציאל רפואי גדול בעולם הננוטכנולוגיה כגון: טיפולים אנטי סרטניים, ריפוי גני, רדיותרפיה, חיסונים, ומעבר תרכובות טיפוליות במחסום דם-מוח. אולם האתגר הגדול שהמחקר יידרש להתמודד עמו הוא בתחום הננו טוקסיקולוגיה. הידע הנצבר בתחום זה יתרום למציאת פתרונות לרעילותם האפשרית ולפירוקם של הנשאים או פנוים מהגוף על מנת לצמצם את תופעות הלוואי.