SK1202022A3 - Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív - Google Patents

Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív Download PDF

Info

Publication number
SK1202022A3
SK1202022A3 SK120-2022A SK1202022A SK1202022A3 SK 1202022 A3 SK1202022 A3 SK 1202022A3 SK 1202022 A SK1202022 A SK 1202022A SK 1202022 A3 SK1202022 A3 SK 1202022A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
inflammatory
silver
silver nanoparticles
soft
diseases
Prior art date
Application number
SK120-2022A
Other languages
English (en)
Inventor
prof. Ing. DrSc. Devínsky Ferdinand
prof. PharmDr. Jampílek Josef, Ph.D.
doc. Ing. CSc. Pisárčik Martin
doc. PharmDr. Lukáč Miloš, PhD.
doc. RNDr. Hošek Jan, Ph.D.
Original Assignee
Univerzita Komenského v Bratislave
Výzkumný ústav veterinárního lékařství, v. v. i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Komenského v Bratislave, Výzkumný ústav veterinárního lékařství, v. v. i. filed Critical Univerzita Komenského v Bratislave
Priority to SK120-2022A priority Critical patent/SK1202022A3/sk
Publication of SK1202022A3 publication Critical patent/SK1202022A3/sk

Links

Landscapes

  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

Predmetný vynález sa týka použitia nanočastíc striebra dispergovaných a stabilizovaných pomocou transportných bisamíniových gemini tenzidov (Geminy Drug Delivery System; GDDS) s amidovými skupinami v polymetylénovom mostíku molekuly v liečbe zápalových ochorení mäkkých a pevných tkanív. Takto dispergované nanočastice striebra (AgNPs) majú protizápalový účinok, ako aj predpokladanú antimikrobiálnu aktivitu, a preto sa vyznačujú duálnym účinkom.

Description

Oblasť techniky
Predmetný vynález sa týka použitia nanočastíc striebra dispergovaných a stabilizovaných pomocou transportných bisamíniových gemini tenzidov (Geminy Drug Delivery System; GDDS) s amidovými skupinami v polymetylénovom mostíku molekuly v liečbe zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív. Takto dispergované nanočastice striebra (AgNPs) majú protizápalový a protidegeneratívny účinok ako aj predpokladanú antimikrobiálnu aktivitu, vyznačujú sa teda duálnym účinkom.
Doterajší stav techniky
Chronické zápalové ochorenia sú jedným z najčastejších znížení kvality života a patria medzi najčastejšie príčiny úmrtí. Ide predovšetkým o problém spojený so spôsobom života, stresom a záťažou životného prostredia. Očakáva sa napríklad, že prevalencia chronických zápalových ochorení bude v USA v nasledujúcich 30 rokoch neustále narastať. Podľa výskumu Rand Corporation malo v roku 2014 takmer 60 % Američanov aspoň jedno chronické ochorenie, 42 % viac ako jedno a 12 % dospelých malo 5 alebo viac chronických ochorení. Zápalové ochorenia čriev (IBD) boli diagnostikované v roku 2015 cca. 1,3 % dospelých v USA [1-6]. Títo IBD pozitívni pacienti majú tiež väčšiu pravdepodobnosť rozvoja ďalších chronických ochorení, ako sú kardiovaskulárne, respiračné ochorenia, rakovina, artritída alebo ochorenie obličiek a pečene [7]. Reumatoidná artritída (RA), lupus erythematosus, dna alebo fibromyalgia boli diagnostikované u 54,4 miliónov dospelých v USA (22,7 %) v rokoch 2013 až 2015. RA má celosvetovú prevalenciu približne 1 % s vyššou incidenciou u žien. RA je navyše spojená so zvýšeným rizikom poškodenia vnútorných orgánov a systémových komplikácií, pričom najvýznamnejšia je predčasná ateroskleróza [7-10]. Podľa WHO 3 z 5 ľudí na celom svete umierajú na choroby spojené s chronickými zápalovými ochoreniami, ako je mŕtvica, chronické respiračné ochorenia, srdcové poruchy, obezita a cukrovka. Aj keď sa nezdá, že by ochorenia ako napr. ateroskleróza, glomerulonefritída, hepatitída, diabetes alebo rôzne kardiovaskulárne ochorenia boli spôsobené chronickým zápalom alebo by sa chronický zápal podieľal na ich progresii, opak je pravdou [1].
Zápal je komplexná, stereotypná reakcia organizmu na poškodenie buniek a orgánov a vaskularizovaných tkanív. Zápaly možno v zásade rozlišovať na obranné (resp. obranno-adaptívne/reparatívne) a škodlivé. Hlavnou úlohou zápalu je vysporiadať sa s poškodením alebo spôsobiť nápravné opatrenia smerujúce k obnoveniu homeostázy a prežitiu organizmu. Zápal sa prejavuje začervenaním, teplom, opuchom, bolesťou a poruchou funkcie postihnutého tkaniva. V závislosti na pôvodcovi a rozsahu poškodenia môže zápalová reakcia prebiehať veľmi rýchlo (akútne) alebo sa môže vyvinúť v zložitý chronický proces zahŕňajúci zložité mechanizmy a mnoho typov buniek, ktoré na seba vzájomne pôsobia prostredníctvom špecifických molekúl (mediátorov zápalu), ktoré sa uplatňujú nielen v obranných, ale aj poškodzujúcich procesoch, ktoré sú súčasťou patogenézy radu ochorení. Pri zápale môžu nastať tri situácie: i) patogén je eliminovaný a poranené tkanivo je opravené a znovu získa normálnu štruktúru a funkciu; ii) patogén nemožno eliminovať, zostáva v mieste poškodenia a súčasná aktivácia ďalších mechanizmov vedie k vzniku poškodzujúceho zápalu; alebo iii) poškodenie tkaniva je nevratné s následkom zjazvení a straty pôvodnej funkcie [1, 2, 7, 11, 12].
Chronický zápal vzniká ako následok akútneho zápalu alebo môže vznikať aj de novo. Vždy je však spojený s poškodením tkanív a ich zložiek. Patogeneticky ide o dlhodobý proces, keď deštrukcia a zápal sú sprevádzané pokusmi tela o uzdravenie. Počiatky chronického zápalu môžu byť úplne nenápadné a často sú prehliadané. Etiologickou príčinou chronického zápalu môžu byť všetky faktory spôsobujúce akútny zápal, ale aj imunitné hypersenzitívne reakcie, autoimunita a imunokomplexy. Zápalové mediátory sú rozpustné difúzne molekuly, pôsobiace ako lokálne (v mieste poškodenia tkaniva a infekcie), tak aj na anatomicky vzdialených miestach. Mediátory sa delia na: i) exogénne: (mikrobiálne produkty a toxíny) a ii) endogénne (vznikajú predovšetkým činnosťou imunitného, hemokoagulačného a kininového systému) [1, 2, 7, 11, 12].
Ako bolo uvedené vyššie, zápalový proces je komplexná záležitosť a najmä chronické zápaly majú rôzny pôvod. Okrem „jednoduchého zápalu“ spôsobeného úrazom môžu byť zápalové ochorenia viscerálnych orgánov, kĺbov, kostí a pod. založené na infekčnom alebo autoimunitnom podklade, keď sa telo vždy snaží odstrániť škodlivé látky a obnoviť tkanivovú homeostázu [12, 13]. Bakteriálne infekcie sú často spojené so závažnými zápalovými ochoreniami, ako je bronchiálna astma [14], gingivitída, parodontitída [15, 16], systémový lupus erythematosus [17] a dokonca rakovina [18]. Vzhľadom na to, že bakteriálne infekcie môžu spôsobiť zápal, ktorý môže spôsobiť následné poškodenie okolitého tkaniva [19], sú protizápalové lieky veľmi často kombinované s liekmi, ktoré majú antimikrobiálne účinky. Tieto kombinácie je možné najjednoduchšie realizovať ako dva alebo viac liekov alebo tzv. kombinovanými prípravkami, teda fixnými kombináciami, keď je často možné podávať dve účinné látky v jednej formulácii alebo podávať tzv. codrugs, keď sa výsledná
SK 120-2022 A3 molekula skladá z dvoch rôznych molekúl liečiv spojených degradovateľnou väzbou. Ďalší prístup, ktorý je založený na tzv. viaccieľovom (multi-target) prístupe, si kladie za cieľ vyvinúť lieky s duálnou, teda s protizápalovou a antimikrobiálnou, aktivitou. Liečivá s viacerými cieľmi tak môžu byť navrhnuté na súčasnú liečbu napríklad autoimunitných, zápalových a invazívnych ochorení. Z farmakoekonomického hľadiska a komfortu pacienta sa javí ako výhodné liečiť príčinu aj následok (bakteriálna infekcia a zápal) súčasne jednou aktívnou zložkou [20, 21].
Pokiaľ je však venovaná pozornosť klasickým protizápalovým liekom, možno ich rozdeliť podľa mechanizmu účinku a podľa štruktúry. Klasickými „univerzálnymi“ protizápalovými liekmi sú glukokortikoidy (hydrokortizón, prednizolón, metylprednizolón, triamcinolón, dexametazón, betametazón, beklometazón, budezonid, flutikazón, ciklezonid) a inhibítory cyklooxygenáz (indometacín, diklofenak, ibuprofén, piroxicam, tenoxicam, meloxikam, nimesulid, celekoxib, parekoxib, lumirakoxib). Obe skupiny sú teda schopné zasahovať do zápalu ovplyvnením metabolizmu kyseliny arachidónovej. Okrem týchto dvoch základných tried možno nájsť ďalšie lieky používané na liečbu špecifických chronických zápalových ochorení ako je astma, chronická obštrukčná choroba pľúc, psoriáza, RA, IBD atď., ako napríklad antireumatiká (auranofín, auropethiomalát), dlhodobo pôsobiace inhibítory fosfodiesterázy-4 (roflumóny), inhibítory uvoľňovanie cytokínov a histamínu (tranilast), antileukotriény (montelukast, zafirlukast, pranlukast, zileuton), aminosalicyláty (sulfasalazín, mesalazín), imunosupresíva/cytostatika (cyklosporín A, tacrolimus pimekrolimus, 6-merkaptopurín, azatioprin, kyselina mykofenolová, minocyklín, leflunomid, metotrexát, fluorouracil), deriváty/analóga vitamínu A (retinoidy) a vitamínu D3 (kalcitriol, kalcipotriol, takalcitol, oxakalcitriol, parikalcitol), antibakteriálne chemoterapeutiká (metronidazol, omidazol, ofloxacín, ciprofloxacín), antimalariká (chlorochín, hydroxychlorochín). Moderný spôsob liečby (bohužiaľ nie vhodný pre každú chorobu, resp. každého pacienta) je tzv. biologická liečba; parenterálne podávané protilátky neutralizujúce proteíny spôsobujúce zápal v tele (napr. infliximab, etanercept, adalimumab, anakinra, vedolizumab, golimumab, tocilizumab, ustekinumab, certolizumab) [1, 5, 12, 22, 23].
Okrem rôznych druhov liekov vrátane biologickej liečby sa začali používať aj moderné materiály vyrobené nanotechnológiami. Ide o nanosystémy na transport liečiv (nano Drug Delivery System; nanoDDS) s cielenou distribúciou a modifikovaným uvoľňovaním liečiv [12, 24 - 26]. NanoDDS predstavujú rýchlo sa rozvíjajúci odbor, kde je možné materiály v nanomerítku (všeobecne definované v rozmeroch 1 - 100 nm) použiť ako diagnostika alebo na organizovaný prenos terapeutík na špecifické miesta. Pri liečbe rôznych ochorení sú navrhované nanoDDS, ktoré riešia problémy so stabilitou a biodostupnosťou liečiva. NanoDDS sú široko skúmané na liečbu rôznych ochorení [12, 27 - 30]. Je vyvíjaný a študovaný rad rôznych typov nanonosičov, ako sú lipozómy, dendrimery, polymérne nanočastice (micely, sféry, kapsuly), samo sa organizujúce tenzidy, polymérne komplexné nanočastice, cyklodextríny, nanokaseíny, nanokryštály, elektrosprejované nanovlákna, elektrosprejované suché nanočastice (oxid kremičitý, železo, zlato, titán, nanočastice na báze uhlíka) a tiež hybridné nanočastice (organicko-anorganické štruktúry) [12, 24 - 30].
Je historicky známe, že striebro má antimikrobiálne vlastnosti, ktoré boli pozorované, a sú využívané tak pre roztoky striebra [31] ako aj pre koloidné/nanočasticové striebro [32 - 37]. Tieto vlastnosti sa odvíjajú od veľkosti a tvaru, resp. morfológie častíc striebra [33, 38 - 40]. Nanočastice striebra (AgNPs) majú schopnosť prenikať bakteriálnymi bunkovými stenami, menia štruktúru a priepustnosť bunkových membrán, vedú k produkcii reaktívnych foriem kyslíka, prerušujú replikáciu DNA a vedú k bunkovej smrti [27, 33, 38, 39, 41]. Hoci nie všetky úrady uznali bezpečnosť AgNPs, nebola hlásená žiadna systémová toxicita AgNPs. Problémom je ich potenciálne nebezpečenstvo, keď sa uvoľnia do životného prostredia. Interakcia nanočastíc s ďalšími materiálmi, resp. organickými zlúčeninami môže ich toxicitu zvýšiť, alebo znížiť [27, 33, 38, 39, 41].
V súčasnosti je populárna tzv. zelená príprava NPs, kedy k redukcii iónov kovu z roztoku dochádza pomocou rôznych rastlinných, fungálnych alebo aj bakteriálnych extraktov [41 - 46].
V závislosti na použitom type extraktu je možné modifikovať, resp. vystupňovať špecifické antibakteriálne alebo protiplesňové účinky AgNPs, prípadne posunúť účinok AgNPs aj do oblasti protirakovinovej terapie [27, 41, 42, 47 - 50]. Boli zaznamenané aj pokusy využitia rastlinných extraktov (napr. z Cotyledon orbiculata, Carduus crispus, Prunus serrulata, Piper nigrum, Selaginella myosurus, Terminalia sp.) [51 - 56] alebo izolovaných sekundárnych metabolitov (kurkumín) [57] dokonca aj extraktu z mäkkého morského korálu druhu Nephthea [58] na prípravu AgNPs s protizápalovým potenciálom, teda de facto vytvorenie bioaktívnych látok s duálnym účinkom. Prehľad ďalších rastlinných materiálov, resp. extraktov (napr. z Rosa indica, R. damascena, Viburnum opulus, Salvia officinalis, Centratherum punctatum, Anthemis nobilis, Syzygium aromaticum) na prípravu AgNPs s protizápalovým účinkom publikoval Agarwal et al. [59]. V práci je zároveň naznačený aj predpokladaný protizápalový mechanizmus účinku pričom autori došli k záveru, že tieto aktivity sú závislé na obale, tzv. korone, sytetizovaných nanočastíc. Je teda dôležité podčiarknuť, že tieto terapeutické rozšírenia AgNPs od základnej antimikrobiálnej aktivity sú spôsobené prítomnosťou zvyškov sekundárnych
SK 120-2022 A3 metabolitov alebo rastlinných extraktov v štruktúre nanočastíc.
Literatúra:
1. Pahwa, R.; et al. Chronic inflammation. StatPearls Publishing, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK493173, last update: August 08,2022.
2. Inflammatory diseases. Oxford University Hospitals NHS Foundation Trust, 2022, https://www.ouh.nhs.uk/oxparc/information/diagnoses/inflainmatory-diseases.aspx.
3. Tsai, D.H.; et al. Effects of short- and long-term exposures to particulate matter on inflammatory marker levels in the general population. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2019, 26, 19697 - 19704.
4. Barcelos, I.P.; et al. Mitochondrial dysfunction and multiple sclerosis. Biology 2019, 8, 37.
5. Kushkevych, I.; Jampílek, J. Effect of intestinal microbiome, antibiotics and probiotics in prevention and management of ulcerative colitis. In: Probiotics in The Prevention and Management of Human Diseases. A Scientific Perspective. Dwivedi M.K., Amaresan N., Sankaranaryanan A., Kemp E.H. (Eds.). Academic Press & Elsevier, 2022, pp. 59 - 92.
6. Chronic inflammation and inflammatory disease, Pfizer Inc., 2017, https://pfe-pfizercomprod.s3.amazonaws.com/health/VOM_Chronic_Inflammation_and_Inflammatory_Diseases.pdf.
7. Furman, D.; et al. Chronic inflammation in the etiology of disease across the life span. Nat. Med. 2019, 25, 1822 - 1832.
8. Arthritis-related statistics. Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion, USA, https://www.cdc.gov/arthritis/data statistics/arthritisrelated-stats.htm, last reviewed: October 12,2021.
9. Smolen, J.S.; et al. Rheumatoid arthritis. Lancet 2016,388,2023 - 2038.
10. Kotyla, P.J.; et al. Clinical Aspects of Janus Kinase (JAK) Inhibitors in the Cardiovascular System in Patients with Rheumatoid Arthritis. Int. J. Mol. Sci. 2020,21,7390.
11. Cavaillon, J.M. & Singer, M. Inflammation: From Molecular and Cellular Mechanisms to the Clinic. Wiley-VCH Weinheim, Germany, 2018.
12. Placha, D. & Jampilek, J. Chronic inflammatory diseases, anti-inflammatory agents and their delivery nanosystems. Pharmaceutics 2021,13,642019.
13. Puerta-Guardo, H. From pathogenic infections to inflammation and disease. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2022, 77,827151.
14. Mthembu, N.; et al. Respiratory viral and bacterial factors that influence early childhood asthma. Front. Allergy 2021,2,692841.
15. Van Dyke, T.E.; van Winkelhoff, A.J. Infection and inflammatory mechanisms. J. Clin Periodontol. 2013,40,1 - 7.
16. Sreenivasan, P.K.; Gaffar, A. Antibacterials as anti-inflammatory agents: Dual action agents for oral health. Antonie Van Leeuwenhoek 2008,93,227 - 239.
17. Qiu, C.C.; et al. Triggers of autoimmunity: The role of bacterial infections in the extracellular exposure of lupus nuclear autoantigens. Front. Immunol. 2019,70,2608.
18. Van Elsland, D.; Neefjes, J. Bacterial infections and cancer. EMBO Rep. 2018,79,46632.
19. Chen, L.; et al. Inflammatory responses and inflammation-associated diseases in organs. Oncotarget 2017, 9, 7204 - 7218.
20. Godman, B.; et al. Fixed dose drug combinations - are they pharmacoeconomically sound? Findings and implications especially for lower- and middle-income countries. Expert Rev. Pharmacoecon Outcomes Res. 2020,20,1 - 26.
21. Serhan, C.N. Treating inflammation and infection in the 21 st century: new hints from decoding resolution mediators and mechanisms. FASEBJ. 2017,31,1273 - 1288.
22. Roche, V.F.; et al. Foye's Principles ofMedicinal Chemistry, 8th ed.; Wolters Kluwen Baltimore, MD, USA, 2019.
23. Baumgart, D.C.; et al. Biological therapies in immune-mediated inflammatory diseases: can biosimilars reduce access inequities? Front. Pharmacol. 2019, 70,279.
24. Jampilek, J. & Kráľová, K. Application of nanobioformulations for controlled release and targeted biodistribution of drugs. In Nanobiomaterials: Applications in Drug Delivery, Sharma, A.K., Keservani, R.K., Kesharwani, R.K., Eds.; CRC Press: Warentown, NJ, USA, 2018; pp. 131 - 208.
25. Jampilek, J. & Kráľová, K. Nanotechnology based formulations for drug targeting to central nervous system. In: Nanoparticulate Drug Delivery Systems; Keservani, R.K., Sharma, A.K., Eds.; Apple Academic Press & CRC Press: Warentown, NJ, USA, 2019; pp. 151 - 220.
26. Jampilek, J.; et al. Bio-based nanoemulsion formulations applicable in agriculture, medicíne and food
SK 120-2022 A3 industry. In Nanobiotechnology in Bioformulations; Prasad, R., Kumar, V., Kumar, M., Choudhary, D.K., Eds.; Springer: Cham, Germany, 2019; pp. 33 - 84.
27. Jampilek, J. & Kráľová, K. Advances in nanostructures for antimicrobial therapy. Materials 2022,75,2388.
28. Jampilek, J.; et al. Nanobiotechnology in neurodegenerative diseases. In: Nanobiotechnology in Neurodegenerative Diseases; Rai, M., Yadav, A., Eds.; Springer Nature Switzerland AG: Cham, Switzerland, 2019; pp. 65 - 138.
29. Plachá, D.; Jampilek, J. Graphenic materials for biomedical applications. Nanomaterials 2019,9,1758.
30. Jampilek, J.; Kráľová, K. Advances in drug delivery nanosystems using graphene-based materials and carbon nanotubes. Materials 2021,14,1059.
31. Clement, J.L. & Jarrett, P.S. Antibacterial silver. Met. Based Drugs 1994, 7,467 - 482., W.K.; et al. Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Appl. Environ Microbiol. 2008, 74,2171 - 2178.
32. Sim, W.; et al. Antimicrobial Silver in Medicinal and Consumer Applications: A Patent Review of the Past Decade (2007 - 2017). Antibiotics 2018,7,93.
33. Ahmad, S.A.; et al. Bactericidal activity of silver nanoparticles: A mechanistic review, Materials Science for Energy Technologies, Volume 3,2020,756 - 769,
34. Pisárčik, M.; et al. Silver nanoparticles stabilised by cationic gemini surfactants with variable spacer length. Molecules 2017,22,1794.
35. Pisárčik, M.; et al. Silver nanoparticles stabilised with cationic single-chain surfactants. Structurephysical properties-biological activity relationship study. J. Mol. Liq. 2018,272,60 - 72.
36. Pisárčik, M.; et al. Phosphonium surfactant stabilised silver nanoparticles. Correlation of surfactant structure with physical properties and biological activity of silver nanoparticles. J. Mol. Liq. 2020,314,113683.
37. Pisárčik, M.; et al. Silver nanoparticles stabilised with phosphorus-containing heterocyclic surfactants: Synthesis, physico-chemical properties, and biological activity determination. Nanomaterials 2021,11,1883.
38. Dakal, T.C.; et al. Mechanistic basis of antimicrobial actions of silver nanoparticles. Front. Microbiol. 2016, 7, 1831.
39. Yin, I.X.; et al. The antibacterial mechanism of silver nanoparticles and its application in dentistry. Int. J. Nanomedicine 2020,15,2555 - 2562.
40. Sofi, M.A.; et al. An overview of antimicrobial and anticancer potential of silver nanoparticles. J. King Saud Univ.Sci. 2022,34,101791.
41. Jampilek, J. & Kráľová, K. Mycosynthesis of metal-based nanoparticles and their perspectives in agrifood and veterinary/medical applications. In: Fungal Cell Factories forSustainable Nanomaterials Production andAgricultural Applications. Abd-Elsalam, K A. (Ed.). Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 2023, pp. 423 - 482.
42. Sampath, G.; et al. Biologically synthesized silver nanoparticles and their diverse applications. Nanomaterials 2022,72,3126.
43. Huston, M.; et al. Green synthesis of nanomaterials. Nanomaterials 2021,11,2130.
44. Jadoun, S.; et al. Green synthesis of nanoparticles using plant extracts: a review. Environ. Chem. Lett. 2021,19, 355 - 374.
45. Samuel, M.S.; et al. A review on green synthesis of nanoparticles and their diverse biomedical and environmental applications. Catalysts 2022,12,459.
46. Ying, S.; et al. Green synthesis of nanoparticles: Current developments and limitations. Environ. Technol. Innov. 2022,26,102336.
47. Gomathi, A.C.; et al. Anticancer activity of silver nanoparticles synthesized using aqueous fruit shell extract of Tamarindus indica on MCF-7 human breast cancer cell line. J. Drug Deliv. Sci. Technol. 2020,55,101376.
48. Wypij, M.; et al. Green synthesized silver nanoparticles: antibacterial and anticancer activities, biocompatibility, and analyses of surface-attached proteins. Front. Microbiol. 2021,12,632505
49. Algotiml, R.; et al. Anticancer and antimicrobial activity of biosynthesized Red Sea marine algal silver nanoparticles. Sci Rep. 2022,72,2421.
50. Jain, N.; et al. Green synthesized plant-based silver nanoparticles: therapeutic prospective for anticancer and antiviral activity. Micro and Nano Syst Lett 2021,9,5.
51. Tyavambiza, C.; et al. The antimicrobial and anti-inflammatory effects of silver nanoparticles synthesised trom Cotyledon orbiculata aqueous extract Nanomaterials 2021, 77,1343.
52. Umukhsaikhan, E.; et al. Antibacterial activity and characteristics of silver nanoparticles biosynthesized from Carduus crispus. Sci. Rep. 2021,77,21047.
53. Singh, P.; et al. In vitro anti-inflammatory activity of spherical silver nanoparticles and monodisperse
SK 120-2022 A3 hexagonal gold nanoparticles by fruit extract of Prunus serrulata: A green synthetic approach. Artif. Celis Nanomed Biotechnol. 2018,46,2022 - 2032.
54. Aparna Mani, K.M.; et al. Evaluation of in-vitro anti-inflammatory activity of silver nanoparticles synthesised using Piper nigrum extract J. Nanomed Nanotechnol. 2015,6,1000268.
55. Kedi, P.B.E.; et aL Eco-friendly synthesis, characterization, in vitro and in vivo anti-inflammatory activity of silver nanoparticle-mediated Selaginella myosurus aqueous extract Int. J. Nanomedicine 2018,13,8537 - 8548.
56. El-Rafie, H.M. & Hamed, M.A.A. Antioxidant and anti-inflammatory activities of silver nanoparticles biosynthesized from aqueous leaves extracts of four Terminalia species. Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2014,5,035008.
57. Kumawat, M.; et al. Double functionalized haemocompatible silver nanoparticles control cell inflammatory homeostasis. PLoS One. 2022, 77, e0276296.
58. Abdelhafez, O.H.; et al. Anti-inflammatory potential of green synthesized silver nanoparticles of the soft coral Nephthea sp. supported by metabolomics analysis and docking studies. Int. J. Nanomedicine 2020,75,5345 - 5360.
59. Agarwal, H.; et al. Anti-inflammatory mechanism of various metal and metal oxide nanoparticles synthesized using plant extracts: A review. Biomed Pharmacother. 2019,109,2561 - 2572.
Podstata vynálezu
Zlúčeniny striebra majú dostatočne historicky preukázané antimikróbne vlastnosti. Niektoré nanočastice striebra pripravené tzv. zelenou syntézou majú v závislosti od použitého biologického materiálu pri ich príprave schopnosť vykazovať popri antimikrobiálnej aktivite aj protizápalovú aktivitu.
Predmetom vynálezu je použitie nanočastíc striebra dispergovaných a stabilizovaných pomocou transportných katiónových bisamíniových gemini tenzidov (Geminy Drug Delivery System; GDDS) v liečbe zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív.
Ide o gemini tenzidy s dvoma dodecylovými reťazcami a polymetylénovým mostíkom, ktorý v svojej centrálnej časti má premenný počet metylénových skupín označený písmenom „s“ a obsahuje dve amidové skupiny (všeobecný vzorec (I)).
ch3 o och © I II II . ©1 Λ ,©
C12H25-N— (CH2)2—NH—C—(CH2)s-C-NH—(CH2)2-N-C12H25, 2 X ch3ch
I kde s = 0 až 12; X = Cl, Br
AgNPs dispergované uvedenými tenzidmi majú svoj vlastný unikátny protizápalový účinok, ako aj antimikrobiálnu aktivitu, vyznačujú sa preto duálnym účinkom. Tento výnimočný protizápalový účinok AgNPs je spôsobený unikátnym zložením celého nanosystému, kde je striebro dispergované a stabilizované pomocou originálnych gemini tenzidov so vzorcom (I). Zlúčeniny reprezentované vzorcom (I) majú schopnosť spontánne agregovať vo vodných roztokoch a samotné (I) majú antimikrobiálny účinok a dispergujú a stabilizujú pripravené AgNPs. AgNPs stabilizované navrhnutými a pripravenými transportnými tenzidmi reprezentovanými vzorcom (I) majú protizápalový účinok vyznačujúci sa inhibíciou pro-zápalového transkripčného faktora NF-kB pri jeho stimulácii bakteriálnym lipopolysacharidom ako aj antimikrobiálny účinok. Najúčinnejšie AgNPs dispergované a stabilizované GDDS, kde s = 0, 2, 4, 7, 8; majú schopnosť inhibovať pro-zápalový transkripčný faktor, inhibujú teda zápal s podobnou účinnosťou ako prednizolón, a majú nevýznamnú cytotoxickú aktivitu na ostatné ľudské bunky. AgNPs dispergované a stabilizované pomocou originálnych tenzidov všeobecného vzorca (I) majú protizápalový a protidegeneratívny účinok.
AgNPs stabilizované a dispergované GDDS so všeobecným vzorcom (I) môžu byť formulované do bežných farmaceutických prípravkov ako sú tablety, kapsuly, prášky, roztoky, suspenzie, injekcie a ďalšie. Ako aktívne látky takejto farmaceutickej kompozície obsahujú jednu alebo viac zlúčenín reprezentovaných vzorcom (I) v koncentrácii od 0,1 % do 90 % hmotnostných.
SK 120-2022 A3
Príklady uskutočnenia vynálezu
Príklad 1: Syntéza bisamíniových geminy tenzidov GDDS so všeobecným vzorcom (I), kde s = 2
GDDS sa pripravili z bis-(2-dimetylaminoetyl)amidu príslušnej α,ω-alkándikarboxylovej kyseliny, ktoré boli následne kvarternizované pomocou 1-brómdodekánu (1-chlórdodekánu). Produkty boli čistené viacnásobnou kryštalizáciou zo zmesi bezvodého metanolu a éteru. Uvedeným spôsobom sa pripravili GDDS so všetkými hodnotami štruktúrneho parametra „s“ uvedeného vo vzorci (I), ktoré sa použili pri dispergovaní a stabilizácii AgNPs opísaných v tomto vynáleze. Pre ilustráciu je uvedená chemická identita GDDS s parametrom s = 2 potvrdená pomocou NMR: 1H NMR: (CD3OD, TMS, 400 MHz): 0,90 (t, J = 7,2 Hz, 6 H); 1,297 - 1,413 (m, 36 H); 1,802 (m, 4 H); 2,540 (s, 4 H); 3,168 (s, 12 H); 3,381 - 3,424 (m, 4 H); 3,467 (t, J = 1,2 Hz, 4 H); 3,639 (t, J = 6,4 Hz, 4 H). 13C NMR: (CD3OD, TMS, 400 MHz): 173,543; 64,676; 61,748; 50,421; 33,043; 31,666; 30,198; 29,352 - 29,261; 29,201; 29,068 - 28,879; 26,003; 22,205(2); 13,068.
Príklad 2: Metodika prípravy nanočastíc striebra stabilizovaných GDDS, ktorých príprava je opísaná v príklade 1.
0,0340 g AgNO3 s príslušnou hmotnosťou gemini tenzidu GDDS sa rozpustilo v 40 ml deionizovanej vody pri nepretržitom miešaní. Postupne vznikali sóly sfarbebné do bielo-žlta. Pri hydrofóbnejších gemini tenzidoch s väčšou dĺžkou mostíka sa rovnomernosť a rýchlosť rozpúšťania zabezpečili zahrievaním roztoku do 40 °C. K pripraveným sólom AgNO3 a gemini tenzidu s mólovými pomermi striebra a tenzidu s hodnotami: 2,5; 3,3; 5 a 10, sa pridalo pomocou automatickej byrety 10 ml vodného roztoku redukčného činidla NaBH4 s koncentráciou 0,015 M pri nepretržitom miešaní. Rýchlosť pridávania redukčného činidla bola 1 kvapka za sekundu, aby sa zabezpečila malá polydisperzita veľkosti vznikajúcich AgNPs. Vzniknuté nanodisperzie striebra stabilizované GDDS mali tmavohnedú farbu a pred fyzikálnymi analýzami sa nechali odstáť 3 dni.
Veľkosť AgNPs stabilizovaných GDDS sa stanovila metódou dynamického rozptylu svetla. Hydrodynamický priemer „dh“ AgNPs bol pre jednotlivé stabilizujúce GDDS pri mólovom pomere striebra a tenzidu s hodnotou 5, ďalšie (stredná hodnota v nm ± štandardná chyba v nm): s = 0: dh = 84,7 ±3,3; s = 2: dh = 82,3 ±3,4; s = 4: dh = 94,1 ±2,6; s = 7: dh = 88,0 ±3,8; s = 8: dh = 99,1 ±1,8. Index polydisperzity PDI bol pre všetky analyzované nanodisperzie menší ako 0,3.
Týmto spôsobom sa pripravili všetky GDDS všeobecného vzorca (I), ktoré sa použili pri dispergovaní a stabilizácii AgNPs opísaných v tomto vynáleze.
Príklad 3: Biologické účinky nanočastíc striebra dispergovaných a stabilizovaných GDDS
3.1. Cytotoxicita zlúčenín opísaných v príklade 1 a 2 testovaná ako cytotoxická aktivita proti línii ľudských leukemických monocytárnych buniek THP-1 a THPl-Blue™ NF-kB
Bunky ľudskej monocytárnej leukémie THPl-Blue™ NF-kB a THP-1 sa kultivovali v RPMI 1640 médiu s 2 mM glutamínom, 10 % fetálnym hovädzím sérom (FBS) a 1 % zmesou penicilín/streptomycín. Účinok testovaných nanočastíc na životaschopnosť buniek sa hodnotil pomocou súpravy Cell Counting Kit 8. Bunky THP1-Blue™ NF-kB a THP-1 sa naočkovali v koncentrácii 5x104 buniek/jamka na 96-jamkovú doštičku v médiu s alebo bez FBS a testovaný materiál resuspendovaný v PBS sa pridal po 2 hodinách regenerácie. Životaschopnosť buniek sa merala po 24 hodinách a hodnoty IC50 (koncentrácia testovaných nanočastíc, ktorá spôsobila 50 % pokles metabolicky aktívnych buniek v porovnaní s neošetrenými bunkami) sa vypočítali podľa štyroch parametrov logistickej (4PL) analýzy v Prism 8.01. Experimenty sa uskutočňovali trojmo v najmenej troch nezávislých experimentoch a z priemerných hodnôt sa vypočítala štandardná chyba (SE). Výsledky sú zosumarizované v Tabuľke 1.
3.2. Cytotoxicita zlúčenín opísaných v príklade 1 a 2 testovaná ako cytotoxická aktivita proti mononukleárním buňkám z periférnej krvi (PBMCs)
Bunky PBMCs boli izolované z buffy coatu získaného z periférnej krvi zdravých darcov. Buffy coat bol zmiešaný 1 : 1 s PBS pufrom (NaCl 137 mM, KCl 2,7 mM, Na2HPO4 10 mM, KH2PO4 1,8 mM, pH 7,4) a prenesený do centrifugačnej kyvety na vrstvu Histopaque® 1077, ktorý mal polovičný objem ako zmes buffy coat a PBS. Po centrifugácii 500 g/30 min/22 °C bola odobratá medzivrstva s obsahom PBMCs, ktorá bola následne dvakrát premytá PBS s teplotou 4 °C. Premyté bunky sa resuspendovali v RPMI 1640 médiu s 2 mM glutamínu, 10 % fetálnym hovädzím sérom (FBS) a 1 % zmesou penicilín/streptomycín a spočítali sa v Burkerovej komôrke pomocou Trypan Blue farbiva. Ďalej sa s nimi pracovalo rovnako ako s THP-1 bunkami, ako je opísané v príklade 3.1. Výsledky sú zosumarizované v Tabuľke 1.
3.3. Protizápalový potenciál zlúčenín opísaných v príklade 1 a 2 testovaný ako ich schopnosť inhibovať aktivitu pro-zápalového transkripčného faktora NF-kB pri jeho stimulácii bakteriálnym lipopolysacharidom (LPS).
Účinok testovaných nanočastíc na inhibíciu aktivity NF-kB indukovanej lipopolysacharidom (LPS) z E. coli
SK 120-2022 A3
0111:B4 sa hodnotil na bunkách THP1-Blue™ NF-κΒ, ktoré boli pestované ako bolo opísané vyššie. Jednu hodinu pred stimuláciou LPS boli bunky ošetrené testovanými nanočasticami rozpustenými v PBS alebo prednizolónom rozpusteným v DMSO v netoxickej koncentrácii 1 μM. Kontrolné bunky boli vopred ošetrené iba PBS. Aktivita NF-kB bola stanovená ako sekrécia embryonálnej alkalickej fosfatázy spektrofotometricky v 5 Tecan Infinite M200 pri 650 nm a porovnaná s neošetrenou kontrolou (100 %). Experimenty sa uskutočňovali trojmo v najmenej troch nezávislých experimentoch a z priemerných hodnôt sa vypočítala štandardná chyba (SE). Na výpočet štatisticky významných rozdielov medzi kontrolnou skupinou a vzorkovými skupinami sa použila jednocestná ANOVA, po ktorej nasledoval nekorigovaný Fisherov LSD post hoc test.
Protizápalový potenciál opísaných zlúčenín testovaný ako ich schopnosť inhibovať aktivitu pro-zápalového 10 transkripčného faktora NF-kB pri jeho stimulácii bakteriálnym lipopolysacharidom (LPS) je uvedená v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Cytotoxicita (3.1. THP-1, THP-1 Blue NF-kB, 3.2 PBMCs) a protizápalový potenciál (inhibícia NF-kB, 3.3.) AgNPs stabilizovaných GDDS. Hodnoty sú uvedené ako priemer ±štandardná chyba (SE) [pM].
AgNP/GDDS IC50 [pM] % inhibícia NF-kB pri 1 pM
THP-1 @ 10 % FBS 24h THP-1 Blue NF-kB@SFM 24h PBMCs @ 10 % FBS 24h
s = 0 ~20 9,5 ±1,1 >20 11 ±3%
s = 2 9,1 ±1,1 3,0 ±1,0 >10 23 ±5 %
s = 4 7,9 ±1,1 2,9 ±1,0 9,8 ±1,3 25 ±5 %
s = 7 8,7 ±1,1 3,7 ±1,0 >10 23 ±5 %
s = 8 7,5 ±1,1 3,8 ±1,2 >10 25 ±4 %
prednizolón — — — 34 ±2 %

Claims (3)

1. Nanočastice striebra AgNPs dispergované a stabilizované pomocou transportných bisamíniových gemini tenzidov s amidovými skupinami v polymetylénovom mostíku molekuly; GDDS všeobecného vzorca 5(I), ch3 o och © I II lf ©|q
C12H25-N— (CH2)2—NH—C—(CH2)S—C—NH—(CH2)2—N—C12H25, ch3ch
I kde s = 0 až 12; X = Cl, Br
10 na použitie v liečbe zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív.
2. Farmaceutický prípravok na použitie v liečbe zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív, vyznačujúci sa tým, že obsahuje nanočastice striebra stabilizované tenzidmi podľa nároku 1 v koncentráciách od 0,1 % do 90 % hmotnostných.
3. Farmaceutický prípravok na použitie v liečbe zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a 15 pevných tkanív podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, ž e je vo forme tabliet, kapsúl, práškov, roztokov, suspenzií a injekcií.
SK120-2022A 2022-12-06 2022-12-06 Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív SK1202022A3 (sk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK120-2022A SK1202022A3 (sk) 2022-12-06 2022-12-06 Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK120-2022A SK1202022A3 (sk) 2022-12-06 2022-12-06 Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK1202022A3 true SK1202022A3 (sk) 2024-06-19

Family

ID=91486389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK120-2022A SK1202022A3 (sk) 2022-12-06 2022-12-06 Nanoformulácie striebra na terapiu zápalových a degeneratívnych ochorení mäkkých a pevných tkanív

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK1202022A3 (sk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tavakol et al. Autophagy modulators: mechanistic aspects and drug delivery systems
Targhi et al. Synergistic effect of curcumin-Cu and curcumin-Ag nanoparticle loaded niosome: enhanced antibacterial and anti-biofilm activities
Ray et al. Polysorbate 80 coated crosslinked chitosan nanoparticles of ropinirole hydrochloride for brain targeting
Sunoqrot et al. pH-sensitive polymeric nanoparticles of quercetin as a potential colon cancer-targeted nanomedicine
Hu et al. Hyaluronic acid functional amphipathic and redox-responsive polymer particles for the co-delivery of doxorubicin and cyclopamine to eradicate breast cancer cells and cancer stem cells
Bhanumathi et al. Drug-carrying capacity and anticancer effect of the folic acid-and berberine-loaded silver nanomaterial to regulate the AKT-ERK pathway in breast cancer
Vijayakumar et al. Resveratrol loaded PLGA: D-α-tocopheryl polyethylene glycol 1000 succinate blend nanoparticles for brain cancer therapy
Despres et al. Mechanisms of the immune response cause by cationic and anionic surface functionalized cellulose nanocrystals using cell-based assays
Feng et al. Yeast microcapsule mediated natural products delivery for treating ulcerative colitis through anti-inflammatory and regulation of macrophage polarization
Khesht et al. Blockade of CD73 using siRNA loaded chitosan lactate nanoparticles functionalized with TAT-hyaluronate enhances doxorubicin mediated cytotoxicity in cancer cells both in vitro and in vivo
Prakash et al. NLRP3 inflammasome-targeting nanomicelles for preventing ischemia–reperfusion-induced inflammatory injury
Jaglal et al. Formulation of pH-responsive lipid-polymer hybrid nanoparticles for co-delivery and enhancement of the antibacterial activity of vancomycin and 18β-glycyrrhetinic acid
Ponraj et al. Mitochondrial dysfunction-induced apoptosis in breast carcinoma cells through a pH-dependent intracellular quercetin NDDS of PVPylated-TiO 2 NPs
de Souza et al. PVM/MA-shelled selol nanocapsules promote cell cycle arrest in A549 lung adenocarcinoma cells
Ch et al. Hydroxypropyl methacrylamide-based copolymeric nanoparticles loaded with moxifloxacin as a mucoadhesive, cornea-penetrating nanomedicine eye drop with enhanced therapeutic benefits in bacterial keratitis
Song et al. Dual-responsive dual-drug-loaded bioinspired polydopamine nanospheres as an efficient therapeutic nanoplatform against drug-resistant cancer cells
Mukerabigwi et al. Mitochondria-targeting polyprodrugs to overcome the drug resistance of cancer cells by self-amplified oxidation-triggered drug release
Parveen et al. Enhanced therapeutic efficacy of Piperlongumine for cancer treatment using nano-liposomes mediated delivery
Balan et al. Chitosan based encapsulation increased the apoptotic efficacy of thymol on A549 cells and exhibited non toxic response in Swiss albino mice
Chen et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles attenuate lipopolysaccharide‐induced inflammatory responses through modulation of toll‐like receptor 4 expression
Zeeshan et al. QbD-based fabrication of transferrin-anchored nanocarriers for targeted drug delivery to macrophages and colon cells for mucosal inflammation healing
Perisé-Barrios et al. Improved efficiency of ibuprofen by cationic carbosilane dendritic conjugates
Dai et al. Protonation–Activity Relationship of Bioinspired Ionizable Glycomimetics for the Growth Inhibition of Bacteria
Nasra et al. Reprogramming M1-to-M2 Phenotype to Alleviate Inflammation: Using Liposomal Curcumin as a Tool to Redefine Macrophage Functionality
EP3582762A1 (en) Nanoparticles for controlled release of sorafenib and sorafenib derivatives