نانوذرات و دارورسانی به چشم

داروهایی که برای درمان بیماری های چشم به کار می روند اغلب مدت زمان ماندگاری و تماس کمی در چشم دارند. داروهای چشمی باید به گونه ای فرموله شوند که موجب تحریک و تاری دید بیمار نگردند. از طرفی داروهای رایج موجود در بازار با وجود داشتن ویژگی های مثبت مانند عدم التهاب زایی و عدم تحریک چشم، ماندگاری کمی دارند و همین امر موجب می شود که بیمار مجبور به استفاده ی مکرر از دارو در طول روز شود. این مشکلات محققان را به سمت استفاده از نانوذرات سوق داد تا با بهینه سازی فرمولاسیون های نانوذرات لیپیدی و پلیمری، علاوه بر ماندگاری بیشتر دارو در چشم امکان استفاده از داروهای نوین (مانند داروهای چربی دوست که قبلا به سختی وارد فرمولاسیون های چشمی می شدند) را نیز فراهم آورند.

  

1-چشم و مشکلات دارورسانی به آن
داروهایی که برای استعمال چشمی استفاده می شوند غالبا برای اثرگذاری بر سطح چشم و یا قسمت جلویی (anterior) آن کاربرد دارند [1]. با توجه به فیزیولوژی و آناتومی چشم (شکل 1)، درصد کمی از داروی تجویزی قابلیت جذب دارد زیرا توسط مکانیسم های محافظتی نظیر اشک ریزی، پلک زدن رفلکسی و جریان اشک از چشم بیرون رانده می-شود.خود اشک به دلیل داشتن لایه ی موکوزی، میکروارگانیسم ها، مواد زائد و حتی داروها را از سطح چشم پاک می کند. به علاوه قسمتی از داروی تجویز شده به پروتئین موجود در اشک متصل شده و در نتیجه غیرفعال می گردد [3و2].
در حال حاضر برای استعمال موضعی بیشتر از فرم های محلول مایی و سوسپانسیون ها استفاده می شود زیرا استفاده و نگهداری آنها راحت تر است و نیز بعد از استعمال باعث اختلال در دید نمی شوند. اما این فرمولاسیون ها به سرعت با لایه ی اشکی رقیق می شوند و از آنجا به مجرای اشکی-بینی رفته و از چشم پاک می گردند. در نتیجه ماندگاری کوتاهی در چشم دارند [5و4].

شکل 1- قسمت¬های مهم چشم انسان [1]

قرنیه ی چشم می تواند به عنوان پوششی محکم در برابر داروها از نفوذ آنها جلوگیری نماید.قرنیه از سه لایه تشکیل شده است (شکل 2):
1- پوشش خارجی(outer epithelium) که چربی دوست است و از 6-5 لایه ی سلولی تشکیل شده است.
2- stroma که 90 درصد ضخامت قرنیه را شامل شده و آب دوست است.
3- پوشش داخلی (inner epithelium)که از یک لایه سلول تشکیل شده است [4و1].

شکل2- ساختار قرنیه و لایه های مختلف آن[4]

چون قرنیه هم خاصیت چربی دوستی و هم آب دوستی دارد در نتیجه داروهایی که از نظر این دو خاصیت بهینه شده اند و Log P(Partition coefficient(ضریب توزیع) یا همان Log P نسبت غلظت یک ماده در فاز آلی (معمولا اکتانول) نسبت به فاز آبی است که هر چه ترکیب چربی دوست تر،عدد ضریب توزیع بزرگتر) حدود 2 دارند، قابلیت جذب پیدا می کنند [1].
زمان تماس دارو با چشم نیز حدود 5 دقیقه است و همین امر باعث می¬شود که فقط حدود 5 درصد داروی تجویزی وارد چشم گردد.
برای جبران مدت زمان کوتاه تماس دارو با سلول های چشم می توان از تجویز مکرر استفاده نمود که این امر خود موجب افزایش احتمال اثر سمی دارو در چشم می شود.
حفره ی چشم انسان می تواند حدود 20 میکرولیتر مایع را در خود نگه دارد اما اکثر دوزهای تجویزی حدود 50 میکرولیتر است. در نتیجه مقدار زیادی از دارویی که تصور می شود برای بیمار تجویز شده است عملا نتوانسته وارد محل اصلی خود شود تا سایر مراحل جذب را طی کند [3].
بعلاوه یکی از معضلات، درمان بیماری های قسمت خلفی(posterior) چشم است که می-توان آن را با تزریق داخل چشمی برطرف نمود اما این عمل برای داروهایی با نیمه عمر کوتاه (مثل داروهای ضد باکتری و ضد ویروس) امکان پذیر نیست زیرا تزریق مکرر احتمال خونریزی چشم را افزایش می دهد [1].
حدود 40% از داروهایی که برای درمان بیماری های چشم در حال مطالعه هستند داروهایی کم-محلول در آب و چربی دوست می باشند. در نتیجه امکان استفاده از آنها در فرمولاسیون های رایج که پایه ی آبی دارند، وجود ندارد [1].
از این رو نانوذرات زیست سازگار و زیست تخریب پذیر برای تجویز داخل چشم انتخاب شدند تا هم مدت ماندگاری قابل قبول و قدرت اتصال به موکوس چشم را داشته باشند و هم توانایی ایجاد فرم مایی برای سهولت استعمال دارو توسط بیمار ایجاد شود. به همین علت حامل های کلوییدی و پلیمری به عنوان جایگزینی برای داروهای معمول انتخاب شدند.
2- نانوذرات پلیمری
نانوذرات ایجاد شده توسط پلیمرها برای دارورسانی به چشم می توانند به دو صورت نانوسفرها (nanospheres) و نانوکپسول ها(nanocapsules) باشند (شکل 3). نانوکپسول ها ساختارهایی کیسه مانند (vesicular) هستند که دارو در آنها در حفره ای که توسط پلیمر احاطه شده است قرار می گیرد. در مقابل نانوسفرها سیستم های ماتریکسی هستند که دارو و پلیمر در آن به صورت همگن و یکدست وجود دارد [3].

شکل 3- الف) ساختار شماتیک نانوکپسول و ب) ساختار شماتیک نانوسفر [1]

پلیمرهای انتخاب شده بسته به میزان چربی دوستی داروها متفاوت هستند. این پلیمرها باید توانایی ایجاد ذرات کوچک (حدود 100 تا 200 نانومتر) را داشته باشند.از هر دو گروه پلیمرهای طبیعی و سنتزی می توان برای ساخت استفاده نمود.
2-1- پلیمرهای طبیعی
پلیمرهای طبیعی مثل پروتئین ها و پلی ساکاریدها به دلیل داشتن ویژگی تخریب پذیری و سازگاری تاکنون مورد مطالع ی فراوان قرار گرفته اند.فرآیند تخریب توسط گرم کردن یا سرد کردن آغاز می گردد و در ادامه فرآیندهای شیمیایی اتصال باعث ایجاد ماتریکس های متراکم تر از نانوذرات پروتئینی می شود. روش دیگر برای تهیه ی این ذرات بر اساس حلالیت زدایی از درشت مولکول ها و در نتیجه ایجاد رسوب است. سپس یک ماده ی اتصال دهنده (مثل گلوتارآلدهید) به محصول افزوده می شود تا نانوذرات پروتئینی تشکیل شوند. به دلیل حضور گروه های باردار، نانوذرات پروتئینی می توانند به عنوان ماتریکسی عمل نمایندکه دارو یا با آنها احاطه می گردد و یا بر سطح آنها اتصال شیمیایی می یابد [2].جدول زیر برخی انواع پلیمرهای طبیعی بکار برده شده به صورت نانوذرات، نوع داروی مورد آزمایش و نتایج حاصل در خرگوش را نشان می دهد:

جدول 1- پلیمرهای طبیعی بکار برده شده در ساخت نانوذرات برای دارورسانی به چشم در خرگوش [2]

2-2- پلیمرهای سنتزی و ویژگی های آنها
از پلیمرهای سنتزی زیست سازگار و زیست تخریب پذیر نیز در مطالعات استفاده شده و نتایج مناسب و قابل تعمیمی به دست آمده است. مثلا آکریلات ها به دلیل مخاط چسب بودن مورد استفاده قرار گرفته اند که منجر به آهسته سازی آزاد شدن دارو و در نتیجه نیاز کمتر به تجویز مکرر آن می شوند. این پلیمر از مسیرهای خارج سلولی عبور کرده و موجب دارورسانی به سلول های چشم می گردد [2].
اودراژیت های RS100 (یعنی eudragit )  وRL100 که در pH فیزیولوژیک بدن نامحلول هستند و توانایی متورم شدن دارندنیز برای تهیه ی نانوذرات مورد استفاده قرار گرفته اند. این پلیمرها گروه-های آمونیوم نوع چهارم دارند و در محیط آبی بار مثبت ایجاد می کنند در نتیجه، برای انتقال داروهایی مثل ایبوپروفن که دارای گروه کربوکسیل است و توانایی ایجاد برهمکنش الکترواستاتیک با پلیمر را دارد، استفاده می شوند [3].
در جدول زیر برخی از پلیمرهای سنتزی استفاده شده  در پژوهش های مرتبط با دارورسانی به چشم نشان داده شده است:

جدول 2- پلیمرهای سنتزی مورد استفاده در تهیه ی نانوذرات پلیمری [1]

دو پلیمر دیگر که بیشتر برای بررسی آزادسازی داروهای قابل تزریق به داخل چشم و نه کاربرد موضعی، مورد استفاده قرار گرفته اند، پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلی لاکتیک گلیکولیک اسید(PLGA) هستند. این دو پلیمر زیستتخریب پذیر و زیست سازگار می باشند و قابلیت اتصال به پلی اتیلن گلیکول (polyethylene glycol, PEG) را برای بهبود خصوصیات سطحی خود دارند. وزن مولکولی این پلیمرها در تحقیقات مختلف بین 3 تا 109 کیلودالتون (KD) گزارش شده است. برای ساخت این نانوذرات قابل تزریق نیز از روش های متداول ساخت نانوذرات مانند تبخیر حلال (solvent evaporation) و یا خشک کردن افشانه ای (spray drying) استفاده می شود. هر چه اندازه ی نانوذرات حاصل از این پلیمرها کوچک تر باشد، جذب آنها بهتر صورت می پذیرد [3].

جدول 3- ارزیابی اثرات داروهای تزریقی استفاده شده به همراه دو پلیمر PLA و PLGA در حیوانات آزمایشگاهی [2]

2-3- نانوذرات پلیمری با سطح اصلاح شده(Surface modified nanoparticles)
تاکنون تحقیقاتی درباره ی اثر حضور پلیمرهای اصلاح کننده ی سطح مثل پلی اتیلن گلیکول(PEG)بر دارورسانی به چشم انجام گرفته است. به طور مثال برای افزایش ماندگاری آکریلات در قسمت قدامی چشم (قبل از قرنیه)، پلی اتیلن گلیکول به آکریلات متصل شده که نتایج نشانگر افزایش ماندگاری دارو بوده است. با اتصال PEG به پلی کاپرولاکتون، عبور پلیمرهای حاوی دارو از قرنیه بهبود می یابد اما اتصال آن به کیتوزان باعث ماندگاری بیشتر دارو بر لایه های سطحی چشم می گردد. بنابراین در مورد اثر حضور PEG در دارورسانی به نواحی مختلف چشم نتایج متفاوتی وجود دارد که نیاز به پژوهش های بیشتر را نشان می دهد [2و1].

برای ساخت نانوذرات از پلیمرهای سنتزی اغلب از روش پلیمره کردن امولسیون
(emulsion polymerization) استفاده می شود. در این روش مونومر کم محلول در فاز خارجی امولسیون وارد می شود. سپس مونومر بعدی که با کمک امولسیون کننده پایدار شده است به آن افزوده می گردد و سایر فرآیندها مانند ساخت نانوامولسیون با کمک تبخیر حلال انجام می شود [3].

دو دارویی که تاکنون با کمک فناوری نانو با موفقیت وارد بازار دارویی شده اند، داروهای Pioplex® و Glaupex® هستند که حاوی داروی پیلوکارپین بوده و به ترتیب از پلیمرهای پلی متیل متاآکریلات-آکریلیک اسید و پلی آکریل سیانوآکریلات ساخته شده اند [1].
3- فرمولاسیونسل-ژل (Sol-gel)
با کمک برخی از پلیمرها می توان سیستم هایی را برای تولید ژل در ناحیه ی چشم ایجاد کرد. مثلا پلیمر سلولز استات فتالات هنگامی که در مایع اشکی که دارایpHحدود 4/7-2/7 است قرار می¬گیرد، به سرعتبه ژل تبدیل می شود (in situ gelation) و مدت ماندگاری دارو در چشم را افزایش می دهد. البته قابل ذکر است که این روش باعث تاری دید می گردد [3].
4- لیپیدها
بجای پلیمرها می توان از لیپیدها برای ساخت نانوذرات استفاده نمود. نانوذرات لیپیدی جامد (solid lipid nanoparticles, SLNs) حاوی لیپید در مرکز و یک سورفاکتانت(surfactant) دوگانه دوست در قسمت خارج هستند. از جمله مزایایSLNها می توان موارد زیر را برشمرد: قابلیت صنعتی شدن علاوه بر قابلیت سنتز در مقیاس آزمایشگاهی، سهولت تنظیم آزادسازی دارو، عدم استفاده از حلال های آلی در تهیه¬ی آنها، توانایی تنظیم نسبت های لیپید/سورفاکتانت و در نتیجه تفاوت در مقادیر بارگیری و آزادسازی داروها.
برای ساخت نانوذرات لیپیدی جامد از امولسیون¬سازی استفاده می شود که هم به صورت امولسیون یگانه (single emulsion) و هم به صورت امولسیون چندگانه (multiple emulsion) است (شکل 4). حضور لیپید در این ساختارها به انحلال بهتر داروهای چربی-دوست که اکثرا به دلیل انحلال کم موجب بروز اشکال در فرمولاسیون می شوند، کمک می-نماید [1].
نکته ای که گاه مورد سوال قرار می گیرد آن است که حضور چربی در این فرمولاسیون ها موجب تاری دید بیمار بعد از استعمال دارو نمی شود؟
پاسخ آن است که با توجه به بهینه سازی اندازه و فرمولاسیون دارویی، تمامی اشکال لیپیدی ضریب شکست برابری با اشکال دارویی مایی بدون لیپید دارند و بعد از مصرف اختلالی در بینایی بیمار ایجاد نمی نمایند [1].
همان طور که اشاره شد، در ساخت نانوذرات لیپیدی جامد از سورفکتانت ها استفاده می شود که شامل دو نوع کاتیونی و آنیونی هستند و باعث ایجاد بار مثبت یا منفی بر سطح نانوذرات می گردند (شکل 4).از آنجا که قرنیه دارای بار منفی است در نتیجه ایجاد بار مثبت بر روی نانوذرات باعث افزایش جذب دارو از طریق تداخلات الکترواستاتیک می شود. از طرفی بار منفی سطح نانوذرات نیز باعث افزایش ماندگاری آنها در قسمت هایی مثل صلبیه و قسمت های پیشین قرنیه می گردد [1].

شکل 4- ساختارهای لیپیدی برای دارورسانی به چشم [1]

تاکنون داروهای بسیاری به صورت بارگیری در لیپیدها مورد بررسی قرار گرفته اند (جدول 4).

جدول 4- نانوذرات لیپیدی ساخته شده برای دارورسانی به چشم [1]

5- بیماری های چشمی
در این قسمت به طور خلاصه بیماری های چشم را شرح می دهیم:
• گلوکوما (آب سیاه)(Glaucoma)
از دست دادن بینایی به دلیل آسیب عصب بینایی که خود می تواند به علت افزایش فشار داخل چشم باشد. در مرحله ی اول درمان از داروهایی مثل اپی نفرین و تیمولول و در مرحله ی بعد از پیلوکارپین استفاده می شود [1].

• سندروم چشم خشک (Dry eye syndrome)
کاهش حجم ترشح اشک چشم که اغلب با تجویز اشک مصنوعی درمان می شود. یک نمونه از درمان های جدید این بیماری توسط نانوذرات، کاربرد داروی سیکلوسپورین در تهیه ی نانوذرات حاصل از امولسیون با بار منفی است [1].
• التهاب چشم
این بیماری به دلیل عوامل خارجی مثل ضربه و اجسام خارجی یا به دلیل عوامل داخلی مثل پاسخ های التهابی رخ می دهد. گل مژه (blepharitis) و conjunctivitis از جمله بیماری-های التهابی چشم هستند. برای درمان آنها می توان از کورتون ها یا ضدالتهاب های غیراستروئیدی مثل دیکلوفناک استفاده نمود. اگر عفونت عامل التهاب باشد از ترکیباتی مثل اوفلوکساسین استفاده می شود [1].
• عفونت های چشم
عفونت ها می توانند به دلیل عوامل باکتریایی یا ویروسی باشند. این عوامل علاوه بر عفونی نمودن چشم باعث عوارضی مانند تغییر فشار داخل چشم نیز می گردند.
همان گونه که ذکر شد نمونه های تحقیقاتی و تجاری از نانوذرات حاوی داروهای نام برده برای درمان بیماری ها وجود دارد اما هنوز تلاش های بیشتری برای بهبود دارورسانی به چشم نیاز است [1].

بحث و نتیجه گیری
نانوذرات می توانند یکی از روش های امیدبخش برای انتقال دارو به چشم باشند. با توجه به خصوصیات فیزیکوشیمیایی خود دارو و مواد مورد استفاده در ساخت نانوذرات، ویژگی های مختلفی را می توان در فرمولاسیون نهایی مشاهده کرد. ذرات کوچکتر و فرمولاسیون های دارویی به شکل محلول بهتر توسط بیمار تحمل می شوند.
نتایج مطالعات درون تن(in vivo) برای ارزیابی عملکرد نانوذرات در انتقال دارو به چشم که ابتدا در حیوانات آزمایشمی شود نشان می دهد که نانوذرات قابلیت زیست چسبی برای افزایش ماندگاری دارو و افزایش احتمال جذب دارو را دارند. استفاده از پلیمرهای زیستتخریب پذیر هم یک روش بسیار مناسب برای انتقال دارو به نواحی خلفی و درمان بیماری های مزمن چشم است. با بهینه سازی سطح نانوذرات می توان فراهمی زیستی و ماندگاری داروها را در چشم بهبودبخشید.

منابـــــع :

• 1. Benita, S. ‟MicroencapsulationMethods and Industrial Applications”, 2nd Edition, USA: CRC Press, (2006).
• 2. Thassu, D., Deleers, M., Pathak, Y. ‟NanoparticulateDrug Delivery Systems”, USA: Informa Healthcare Inc, (2007).
• 3. Das, S., Suresh, P. K. ‟Drug Delivery to Eye: Special Reference to Nanoparticle”,International Journal of Drug Delivery, Vol. 2, pp. 12-21, (2010).
• 4. Ranade, V. V., Hollinger, M. A. ‟Drug Delivery Systems”, 2nd Edition,USA: CRC Press, (2004).
• 5. Diebold, Y., Jarrin, M., Saez, V., Carvalho, E. L. S., Orea, M., Calonge, M. ‟Ocular Drug Delivery by Liposome-Chitosan Nanoparticle Complexes (LCS-NP)”, Biomaterials, Vol. 28, pp. 1553-1564, (2007).

منبع: [e-mail]