Nanokapsułki z propranololem – nowa nadzieja w miejscowym leczeniu czerniaka

Czy nowatorski system miejscowego leczenia czerniaka rewolucjonizuje terapię?

Naukowcy opracowali innowacyjny system dostarczania propranololu do miejscowego leczenia czerniaka skóry, co może stanowić przełom w terapii tego agresywnego nowotworu. Czerniak, charakteryzujący się niekontrolowaną proliferacją melanocytów, stanowi poważne wyzwanie kliniczne, szczególnie w stadium przerzutowym, kiedy to pięcioletnie przeżycie spada do zaledwie 15-20%. Dane pokazują, że prawie 50% pacjentów z przerzutowym czerniakiem rozwija przerzuty do wątroby, co drastycznie pogarsza rokowanie.

Badania wskazują na silny związek między katecholaminami związanymi ze stresem a progresją nowotworów, przy czym mechanizm ten jest mediowany przez receptory β-adrenergiczne (β-ARs), szczególnie podtyp β2. Receptory te, aktywowane przez epinefrynę i norepinefrynę, uruchamiają szlaki sygnałowe związane z angiogenezą, w tym syntazę tlenku azotu oraz uwalnianie czynników proangiogennych takich jak VEGF, PDGF i SDF-1, co przyczynia się do progresji czerniaka. W guzach litych patologiczna angiogeneza podtrzymuje odżywienie i unaczynienie komórek nowotworowych.

Czy repozycjonowanie propranololu otwiera nowe możliwości terapeutyczne?

W kontekście poszukiwania nowych terapii, strategia repozycjonowania leków zyskuje na znaczeniu jako ekonomiczne podejście do identyfikacji nowych zastosowań dla już zatwierdzonych substancji o dobrym profilu bezpieczeństwa. Propranolol (PROP), nieselektywny β-bloker pierwotnie stosowany w chorobach sercowo-naczyniowych, jest obecnie badany w innych kontekstach, w tym w leczeniu drżenia samoistnego, migren, naczyniaków dziecięcych, gojenia ran u pacjentów z oparzeniami oraz niektórych nowotworów, w tym czerniaka i mięsaka naczyniowego.

“Dotychczasowe badania wykazały, że propranolol zmniejsza proliferację i migrację komórek śródbłonka, hamuje rozszerzanie naczyń oraz tłumi ekspresję VEGF i podstawowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF), co przyczynia się do zmniejszenia unaczynienia i wzrostu guza” – piszą autorzy badania.

Mimo obiecujących efektów farmakologicznych, systemowe stosowanie propranololu niesie ryzyko działań niepożądanych ze względu na jego zdolność do przenikania bariery krew-mózg, co potencjalnie prowadzi do wpływu na funkcje neurokognitywne. Ponadto lek ten może wywoływać zaburzenia oddechowe, sercowe i metaboliczne, zakłócać sen, zmieniać zachowanie i upośledzać pamięć. Z perspektywy farmaceutycznej, propranolol przedstawia liczne wyzwania formulacyjne: wysoki metabolizm pierwszego przejścia prowadzi do niskiej biodostępności po podaniu doustnym, a stosunkowo krótki okres półtrwania wymaga częstego podawania. Ponadto jego hydrofilowa sól chlorowodorowa wykazuje ograniczoną przenikliwość przez stratum corneum przy aplikacji miejscowej. Dodatkowo propranolol jest chemicznie niestabilny pod wpływem światła ze względu na swoją fotowrażliwość, co może niekorzystnie wpływać na trwałość i skuteczność produktu.

Jak nanokapsułki przełamują bariery w miejscowym dostarczaniu leku?

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, naukowcy opracowali nanokapsułki polimerowe zawierające propranolol. Nanokapsułki te składają się z rdzenia olejowego otoczonego powłoką polimerową z Eudragitu RL®100 – biokompatybilnego, bioadhezyjnego i nierozpuszczalnego w wodzie polimeru, który zapewnia przedłużone uwalnianie i poprawione profile przenikania. Kationowy charakter Eudragitu RL®100 umożliwia silniejszą interakcję z powierzchnią skóry, która w warunkach fizjologicznych jest przeważnie anionowa.

Te bioadhezyjne formulacje są szczególnie korzystne w miejscowej terapii czerniaka, ponieważ mogą zwiększyć retencję leku w pobliżu warstwy podstawnej naskórka, gdzie znajdują się melanocyty i rozpoczyna się transformacja nowotworowa. Poprzez promowanie bliskiego i przedłużonego kontaktu z żywym naskórkiem, bioadhezyjne nanokapsułki mogą zwiększyć miejscową biodostępność leku, zmaksymalizować skuteczność terapeutyczną przeciwko komórkom czerniaka i zminimalizować absorpcję ogólnoustrojową i związane z nią działania niepożądane.

Obecnie PROP jest dostępny tylko w formie doustnej i dożylnej, co ogranicza jego zastosowanie w terapiach miejscowych i zwiększa prawdopodobieństwo działań niepożądanych. Chociaż badano miejscowe formulacje PROP, są one głównie ukierunkowane na naczyniaki dziecięce i często są hydrofilowe, co ogranicza miejscowe działanie leku. Niniejsze badanie jako pierwsze wykorzystuje nanokapsułki Eudragit® do PROP, umożliwiając kontrolowane uwalnianie bezpośrednio w miejscu guza.

Czy nanokapsułki umożliwiają przedłużone uwalnianie i lepszą kontrolę nad terapią?

Badania wykazały, że opracowane nanokapsułki (NC-PROP) miały wielkość cząstek około 151 nm, niski wskaźnik polidyspersyjności (0,134) i dodatni potencjał zeta (25,64 mV), co wskazuje na dobrą stabilność koloidalną. Zawartość leku wyniosła 95% wartości teoretycznej, a efektywność enkapsulacji osiągnęła 81%, co jest wartością wysoką, szczególnie biorąc pod uwagę, że użyty lek był w postaci soli chlorowodorowej, znanej z większej rozpuszczalności w wodzie.

Wielkość cząstek wynosząca około 150 nm ma szczególne znaczenie dla miejscowych terapii ukierunkowanych na czerniaka skóry. Nanonoścniki mniejsze niż 200 nm mogą przenikać przez stratum corneum, docierając do głębszych warstw naskórka, a nawet górnej warstwy skóry właściwej, gdzie mogą znajdować się komórki czerniaka. Prowadzi to do lepszej akumulacji leku w miejscu docelowym i zwiększa skuteczność terapeutyczną przy jednoczesnym zmniejszeniu ekspozycji ogólnoustrojowej.

Ponadto kwaśne pH formulacji (~3,85) mieści się w akceptowalnym zakresie dla aplikacji miejscowej. Naturalne pH skóry waha się od 4,5 do 5,5, a lekko kwaśne formulacje mogą pomóc w utrzymaniu lub przywróceniu płaszcza kwasowego, przyczyniając się do funkcji bariery skórnej i obrony przeciwdrobnoustrojowej.

Czy nanokapsuły rzeczywiście zapewniają kontrolowane uwalnianie leku? Badania in vitro pokazały, że wolny propranolol wykazuje szybkie i niemal całkowite uwolnienie w ciągu pierwszych 3 godzin. W przeciwieństwie do tego, NC-PROP wykazuje profil przedłużonego uwalniania, osiągając blisko 100% dopiero po 8-12 godzinach. Ta różnica w profilach uwalniania potwierdza, że enkapsulacja propranololu wydłuża czas uwalniania leku, co może poprawić skuteczność terapeutyczną przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka działań niepożądanych.

Czy nanokapsułki poprawiają właściwości antyoksydacyjne propranololu?

Przedłużony profil uwalniania obserwowany dla NC-PROP można przypisać barierze polimerowej narzuconej przez ścianę Eudragitu RL®100, która ogranicza dyfuzję leku do środowiska zewnętrznego i zapewnia przedłużone dostarczanie. Zachowanie to jest korzystne w leczeniu czerniaka skóry, ponieważ kontrolowane uwalnianie utrzymuje stężenia terapeutyczne leku przez dłuższy czas w miejscu aplikacji, zwiększając działanie antyproliferacyjne na komórki nowotworowe i zmniejszając potrzebę częstych ponownych aplikacji.

Interesującym odkryciem było to, że nanokapsułki z propranololem wykazywały znacznie większą zdolność antyoksydacyjną (~105%) w porównaniu do wolnego propranololu (~52%) i pustych nanokapsułek (~90%) przy najwyższych badanych stężeniach. Jest to szczególnie istotne, ponieważ stres oksydacyjny odgrywa kluczową rolę w karcynogenezie, promując uszkodzenia DNA, aktywując szlaki prozapalne i upośledzając komórkowe mechanizmy obronne.

Oprócz znanych właściwości blokujących receptory β, propranolol wykazał aktywność antyoksydacyjną w poprzednich badaniach, prawdopodobnie związaną z jego zdolnością do hamowania peroksydacji lipidów i neutralizacji reaktywnych form tlenu. Struktura aromatyczna propranololu, zawierająca grupy hydroksylowe, sprzyja oddawaniu wodoru lub transferowi elektronów, umożliwiając neutralizację wolnych rodników.

Wyniki sugerują, że enkapsulacja propranololu w nanokapsułkach zwiększa jego potencjał antyoksydacyjny, szczególnie przy wyższych stężeniach. Ta poprawa może wynikać z synergistycznego efektu między zdolnością antyoksydacyjną leku a składnikami matrycy nanokapsułki, takimi jak powłoka polimerowa, olej lub środki powierzchniowo czynne, które również mogą neutralizować reaktywne formy tlenu.

Jakie praktyczne korzyści niesie wykorzystanie nanokapsułek w terapii czerniaka?

Badania wykazały również, że nanokapsułki mają silne właściwości bioadhezyjne, co potwierdzono przez znaczne zmiany w ich właściwościach fizykochemicznych po interakcji z muciną. Wielkość cząstek wzrosła z 142,65 nm (w wodzie) do 271,72 nm (w mucinie) dla NC-B, a dla NC-PROP z 148,23 nm do 250,33 nm. Wskaźnik polidyspersyjności (PDI) również znacząco wzrósł dla obu formulacji, z wartości poniżej 0,2 do powyżej 0,5, wskazując na większą heterogeniczność w rozkładzie wielkości cząstek.

Ponadto zaobserwowano znaczącą inwersję ładunku powierzchniowego: potencjał zeta zmienił się z +36,57 mV i +32,36 mV (w wodzie) na -6,71 mV i -6,33 mV (w mucinie) odpowiednio dla NC-B i NC-PROP. Te odkrycia sugerują, że ujemnie naładowane cząsteczki mucyny zostały zaadsorbowane na dodatnio naładowanej powierzchni nanokapsułek, neutralizując lub odwracając pierwotny ładunek. Ta interakcja elektrostatyczna prawdopodobnie doprowadziła do utworzenia powłoki mucinowej, co jest uważane za kluczowy wskaźnik potencjału bioadhezyjnego formulacji.

Bioadhezja jest krytycznym atrybutem dla formulacji przeznaczonych do użytku skórnego, takich jak te z potencjalnym zastosowaniem w leczeniu czerniaka, ponieważ może zwiększyć czas przebywania w miejscu aplikacji, poprawić penetrację leku i zapewnić przedłużone uwalnianie. Przedłużenie obecności nanokapsułek na skórze może sprzyjać bardziej stabilnym stężeniom terapeutycznym w miejscu guza, zmniejszyć częstotliwość aplikacji i zminimalizować ogólnoustrojowe działania niepożądane.

W badaniach biokompatybilności, test hemolizy wykazał, że wolny PROP wykazuje najniższą aktywność hemolityczną, utrzymując się poniżej progu 5% w prawie wszystkich badanych stężeniach. Wśród form enkapsulowanych, obie prezentowały efekt hemolityczny powyżej 50%. Mimo to, NC-PROP wykazuje mniejszą hemolizę niż NC-B.

Efekt cytotoksyczny form enkapsulowanych jest prawdopodobnie spowodowany obecnością Span® 80 i Tween® 80 w składzie, które mogą uszkadzać błony komórkowe. Ponadto, wyraźny wzrost hemolizy obserwowany w formulacjach nanostrukturalnych może być związany z włączeniem kationowych materiałów polimerowych, takich jak Eudragit RL®100. Te składniki mogą bezpośrednio oddziaływać z błoną erytrocytów, powodując jej pęknięcie.

Mimo powszechnego stosowania testu hemolizy, należy pamiętać, że wyniki in vitro mogą nie odzwierciedlać bezpośrednio efektów in vivo, szczególnie w przypadku formulacji przeznaczonych do użytku miejscowego. Badania wskazują, że obecność białek osocza i innych składników krwi może tworzyć “koronę białkową” wokół nanocząstek, zmieniając ich interakcje z komórkami i potencjalnie zmniejszając hemolizę in vitro.

W badaniach cytotoksyczności na liniach komórkowych fibroblastów L-929 i czerniaka B16-F10 wszystkie badane preparaty wykazywały działanie cytotoksyczne. Dla komórek L-929 wszystkie stężenia znacząco zmniejszały żywotność. Przy porównaniu terapii, NC-PROP był bardziej cytotoksyczny niż NC-B i PROP przy wyższych stężeniach (25 i 50 μg/ml). W przypadku komórek B16-F10 tylko wyższe stężenia były cytotoksyczne. NC-B znacząco zmniejszał żywotność komórek przy 50 μg/ml, podczas gdy NC-PROP i PROP zmniejszały żywotność komórek odpowiednio przy 25 i 50 μg/ml.

Co ciekawe, przy niższych stężeniach zaobserwowano zwiększoną żywotność komórek, co może wskazywać na efekt hormetyczny – charakteryzujący się zwiększoną odpowiedzią komórkową na niskie dawki substancji toksycznych, a następnie cytotoksycznością przy wyższych dawkach. Aby zbadać, czy niższe stężenia mają efekt proliferacyjny czy metaboliczny na komórki B16-F10, przeprowadzono test zadrapania.

Jakie są praktyczne implikacje tych odkryć dla terapii czerniaka? Badania migracji komórek wykazały, że przy wyższych stężeniach (5 μg/ml) zarówno NC-B, jak i NC-PROP skutecznie hamowały migrację komórek czerniaka B16-F10, utrzymując około 80% początkowego obszaru rowka po 24 godzinach. Zdolność nanokapsułek do hamowania migracji komórek jest szczególnie istotna w kontekście czerniaka skóry, gdzie zapobieganie rozsiewowi komórek jest kluczowe dla kontrolowania progresji guza.

“Nasze badanie z powodzeniem opracowało nanokapsułki z propranololem na bazie Eudragitu RL®100, osiągając wysoką wydajność enkapsulacji wraz z korzystnymi właściwościami fizykochemicznymi” – podsumowują badacze. “Formułowanie wykazało kontrolowane i przedłużone uwalnianie PROP, poprawioną aktywność antyoksydacyjną i znaczącą bioadhezję mucyny, co ma kluczowe znaczenie dla podawania miejscowego.”

Choć wskaźnik hemolizy przekroczył 50%, problem ten jest prawdopodobnie nieistotny w aplikacjach miejscowych ze względu na minimalną absorpcję systemową. Badania żywotności i migracji komórek wykazały, że nanokapsułki znacznie zmniejszały żywotność komórek czerniaka i hamowały ich migrację, co podkreśla ich potencjał w zapobieganiu progresji guza. Wyniki silnie przemawiają za skutecznością terapeutyczną tych nanoformulacji w leczeniu czerniaka skóry.

Przyszłe badania dotyczące penetracji skóry, modeli przedklinicznych i badań klinicznych będą niezbędne do walidacji praktycznego zastosowania tej strategii leczenia, szczególnie w poprawie retencji leku w miejscu czerniaka przy jednoczesnym zmniejszeniu działań niepożądanych poza miejscem docelowym. To podejście może stanowić przełom w miejscowej terapii czerniaka, oferując skuteczniejszą i bezpieczniejszą alternatywę dla konwencjonalnych metod leczenia.

Podsumowanie

Naukowcy opracowali innowacyjny system dostarczania propranololu w formie nanokapsułek do miejscowego leczenia czerniaka skóry. System wykorzystuje Eudragit RL®100 – biokompatybilny polimer zapewniający przedłużone uwalnianie leku. Nanokapsułki o wielkości około 150 nm wykazują wysoką efektywność enkapsulacji (81%) i znaczącą bioadhezję, co przekłada się na lepszą penetrację przez skórę i skuteczniejsze docieranie do komórek nowotworowych. Badania potwierdziły kontrolowane uwalnianie propranololu przez 8-12 godzin oraz zwiększone właściwości antyoksydacyjne w porównaniu do wolnej formy leku. System wykazał skuteczność w hamowaniu migracji komórek czerniaka i zmniejszaniu ich żywotności, przy jednoczesnym ograniczeniu ekspozycji ogólnoustrojowej. Ta innowacyjna metoda może stanowić przełom w miejscowej terapii czerniaka, oferując skuteczniejszą i bezpieczniejszą alternatywę dla konwencjonalnych metod leczenia.