Preview

Разработка и регистрация лекарственных средств

Расширенный поиск

Интраназальные системы доставки in situ: перспективы применения и основные фармацевтические аспекты разработки (обзор)

https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-54-63

Полный текст:

Аннотация

Введение. Интраназальная доставка in situ гелеобразующих систем является сложным, но перспективным направлением. Из-за высокой стоимости разработки нового химического объекта или генно-инженерной модификации биологических молекул фармацевтические компании сосредоточиваются на разработке технологий новых систем доставки для существующих активных фармацевтических ингредиентов с целью улучшения их эффективности и биодоступности. In situ системы для интраназальной доставки за счет повышенной вязкости и мукоадгезии к слизистой носа позволяют преодолевать мукоцилиарный клиренс и гарантировать полное всасывание и пролонгированное высвобождение активных фармацевтических ингредиентов.

Текст. В статье рассмотрены виды и основные преимущества интраназальных in situ систем доставки, показанные в доклинических исследованиях, а также подходы к технологии получения и стандартизации этих систем. Обобщены данные научных исследований в этой области за последние 15 лет, выделены наиболее перспективные полимеры для создания термообратимых и рН-чувствительных композиций, а также проанализированы современные методы оценки золь-гель перехода in situ.

Заключение. Применение in situ систем для интраназального введения позволяет обеспечивать высокую таргетность доставки синтетических и биологических молекул в мозг. В настоящее время имеются многочисленные фармакокинетические и фармакодинамические исследования на животных, подтверждающие эффективность таких систем, а также их безопасность. Наиболее востребованными для конструирования систем доставки in situ остаются термореверсивные коммерчески доступные и направленно синтезируемые полимеры (полоксамер 407, PLGA, NIPAAm и др.), а также хитозан. Для оценки параметров in situ гелеобразования широко используются in vitro и ex vivo методы со слизистой и искусственной назальной жидкостью, однако для увеличения воспроизводимости методик и улучшения корреляции in vitro/in vivo рекомендуется проводить моделирование носовой полости. Совершенствование технологии и методов скриннинга интраназальных реверсивных систем поможет приблизиться к проведению клинических исследований и выходу этих систем доставки на мировой фармацевтический рынок.

Об авторах

Е. О. Бахрушина
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



Н. Б. Демина
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

Демина Наталья Борисовна

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



М. М. Шумкова
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



П. С. Родюк
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



Д. С. Шуликина
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



И. И. Краснюк
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)
Россия

119991, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2



Список литературы

1. Демина Н. Б., Бахрушина Е. О., Бардаков А. И., Краснюк И. И. Биофармацевтические аспекты дизайна интраназальных лекарственных форм. Фармация. 2019;68(3):12-17.

2. Suman J. D., Laube B. L., Lin T.-Ch., Brouet G., Dalby R. Validity of in vitro tests on aqueous spray pumps as surrogates for nasal deposition. Pharm Res. 2002;19(1):1-6. DOI: 10.1023/a:1013643912335.

3. Rohrer J., Lupo N., Bernkop-Schnurch A. Advanced formulations for intranasal delivery of biologics. International Journal of Pharmaceutics. 2018;553(1 -2):8-20. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2018.10.029.

4. Bariev E. A., Krasnyuk I. I., Anurova M. N., Bakhrushina E. O., Smirnov V. V., Bardakov A. I., Demina N. B., Krasnyuk (Jr.) I. I. Study of the acute toxicity of a new dosage form of naloxone hydrochloride for intranasal administration. Drug Research. 2020;70(1):23-25. DOI: 10.1055/a-0899-4948.

5. Singh R. M. P., Kumar A., Pathak K. Mucoadhesivein situna-sal gelling drug delivery systems for modulated drug delivery. Expert Opinion on Drug Delivery. 2013;10(1):115-130. DOI: 10.1517/17425247.2013.746659.

6. Agrawal M., Saraf Sh., Saraf S., Dubey S. K., Puri A., Gupta U., Ke-sharwani P., Ravichandiran V., Kumar P., Naidu V. G. M., Murty U. S., Ajazuddin, Alexander A. Stimuli-responsive in situ gelling system for nose-to-brain drug delivery. Journal of Controlled Release. 2020;327:235-265. DOI: 10.1016/j.jconrel.2020.07.044.

7. Birmingham A. The topographical anatomy of the spleen, pancreas, duodenum, kidneys, &c: illustrated by a cast of these viscera hardened in situ. JAnat Physiol. 1896;31(1):95-113.

8. De Bethizy J. D., Street J. C. Unique purified hydrated-gela-tin diet for feeding dietary fiber to Wistar rats. Lab Anim Sci. 1984;34(1):44-48.

9. Bromberg L. E. Enhanced nasal retention of hydrophobically modified polyelectrolytes. Journal of Pharmacy and Pharmacology. 2010;53(1):109-114. DOI: 10.1211/0022357011775082.

10. Song S.-Ch., Lee S. B., Lee B. H., Ha H.-W., Lee K.-T., Sohn Y. S. Synthesis and antitumor activity of novel thermosensitive plati-num(II)-cyclotriphosphazene conjugates. Journal of Controlled Release. 2003;90(3):303-311. DOI: 10.1016/s0168-3659(03)00199-8.

11. Bilensoy E., Rouf M. A., Vural I., Sen M., Hincal A. A. Mucoadhesive, thermosensitive, prolonged-release vaginal gel for clotrimazole: P-cyclodextrin complex. AAPS PharmSciTech. 2006;7(2):E54. DOI: 10.1208/pt070238.

12. Бахрушина Е. О., Никифорова Д. А., Демина Н. Б. Основные аспекты разработки термореверсивных поликомплексов полоксаме-ров. Здоровье и образование в XXI веке. 2018;20(5):103-106. DOI: 10.26787/nydha-2226-7425-2018-20-5-103-106.

13. Hu K.-L., Mei N., Feng L., Jiang X.-G. Hydrophilic nasal gel of lido-caine hydrochloride. 2nd communication: Improved bioavailability and brain delivery in rats with low ciliotoxicity. Arzneimittel-forschung. 2009;59(12):635-640. DOI: 10.1055/s-0031-1296452.

14. Zhang L., Pang L., Zhu S., Ma J., Li R., Liu Y., Zhu L., Zhuang X., Zhi W., Yu X., Du L., Zuo H., Jin Y. Intranasal tetrandrine temperature-sensitive in situ hydrogels for the treatment of microwave-induced brain injury. International Journal of Pharmaceutics. 2020;583:119384. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119384.

15. Wang Q.-S., Li K., Gao L.-N., Zhang Y., Lin K.-M., Cui Y.-L. Intranasal delivery of berberine via in situ thermoresponsive hydrogels with non-invasive therapy exhibits better antidepressant-like effects. Biomaterials Science. 2020;8(10):2853-2865. DOI: 10.1039/c9bm02006c.

16. Bachhav S. S., Dighe V., Mali N., Gogtay N. J., Thatte U. M., Deva-rajan D. V. Nose-to-brain delivery of diazepam from an intranasal aqua-triggered in-situ (ATIS) gelling microemulsion: monitoring brain uptake by microdialysis. European Journal of Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 2020;45(6):785-799. DOI: 10.1007/s13318-020-00641-5.

17. Yin P., Li H., Ke Ch., Cao G., Xin X., Hu J., Cai X., Li L., Liu H., Du B. Intranasal delivery of immunotherapeutic nanoformulations for treatment of glioma through in situ activation of immune response. International Journal of Nanomedicine. 2020;15:1499-1515. DOI: 10.2147/IJN.S240551.

18. Salem H. F., Kharshoum R. M., Abou-Taleb H. A., Naguib D. M. Nanosized transferosome-based intranasal in situ gel for brain targeting of resveratrol: formulation, optimization, in vitro evaluation, and in vivo pharmacokinetic study. AAPS PharmSciTech. 2019;20(5):181. DOI: 10.1208/s12249-019-1353-8.

19. Wang Q., Wong Ch.-H., Chan H.Y.E., Lee W.-Y., Zuo Zh. Statistical design of experiment (DoE) based development and optimization of DB213 in situ thermosensitive gel for intranasal delivery. International Journal of Pharmaceutics. 2018;539(1-2):50-57. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2018.01.032.

20. Sun Y., Li L., Xie H., Wang Y., Gao Sh., Zhang L., Bo F., Yang Sh., Feng A. Primary studies on construction and evaluation of ion-sensitive in situ gel loaded with paeonol-solid lipid nanoparticles for intranasal drug delivery. International Journal of Nanomedicine. 2020;15:3137-3160. DOI: 10.2147/IJN.S247935.

21. Majcher M. J., Babar A., Lofts A., Leung A., Li X., Abu-Hijleh F., Smeets N. M. B., Mishra R. K., Hoare T. In situ-gelling starch nanoparticle (SNP)/O-carboxymethyl chitosan (CMCh) nanoparticle network hydrogels for the intranasal delivery of an antipsychotic peptide. Journal of Controlled Release. 2021;330:738-752. DOI: 10.1016/j.jconrel.2020.12.050.

22. Rajput A., Bariya A., Allam A., Othman S., Butani S. B. In situ nanostructured hydrogel of resveratrol for brain targeting: in vitro-in vivo characterization. Drug Delivery and Translational Research. 2018;8(5):1460-1470. DOI: 10.1007/s13346-018-0540-6.

23. Ball J. P., Springer M. J., Ni Y., Finger-Baker I., Martinez J., Hahn J., Suber J. F., DiMarco A. V., Talton J. D., Cobb R. R. Intranasal delivery of a bivalent norovirus vaccine formulated in an in situ gelling dry powder. PLoS One. 2017;12(5):e0177310. DOI: 10.1371/journal.pone.0177310.

24. Mohamed S., Nasr M., Salama A., Refai H. Novel lipid-polymer hybrid nanoparticles incorporated in thermosensitive in situ gel for intranasal delivery of terbutaline sulphate. Journal of Microencapsulation. 2020;37(8):577-594. DOI: 10.1080/02652048.2020.1826590.

25. Mathure D., Madan J. R., Gujar K. N., Tupsamundre A., Ranpi-se H. A., Dua K. Formulation and evaluation of niosomal in situ nasal gel of a serotonin receptor agonist, buspirone hydrochloride for the brain delivery via intranasal route. Pharmaceutical Nanotechnology. 2018;6(1):69-78. DOI: 10.2174/2211738506666180130105919.

26. Sherje A. P., Londhe V. Development and evaluation of pH-respon-sive cyclodextrin-based in situ gel of paliperidone for intranasal delivery. AAPS PharmSciTech. 2018;19(1):384-394. DOI: 10.1208/s12249-017-0844-8.

27. Chen Y., Liu Y., Xie J., Zheng Q., Yue P., Chen L., Hu P., Yang M. Nose-to-brain delivery by nanosuspensions-based in situ gel for breviscapine. International Journal of Nanomedicine. 2020;15:10435-10451. DOI: 10.2147/IJN.S265659.

28. Akilo O. D., Kumar P., Choonara Y. E., du Toit L. C., Pradeep P., Modi G., Pillay V. In situ thermo-co-electroresponsive mucogel for controlled release of bioactive agent. International Journal of Pharmaceutics. 2019;559:255-270. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.01.044.

29. Qian Sh., Wong Y. Ch., Zuo Zh. Development, characterization and application of in situ gel systems for intranasal delivery of tacrine. International Journal of Pharmaceutics. 2014;468(1-2):272-282. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2014.04.015.

30. Salatin S., Barar J., Barzegar-Jalali M., Adibkia Kh., Jelvehgari M. Thermosensitive in situ nanocomposite of rivastigmine hydrogen tartrate as an intranasal delivery system: Development, characterization, ex vivo permeation and cellular studies. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2017;159:629-638. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.08.031.

31. Patil R. P., Pawara D. D., Gudewar Ch. S., Tekade A. R. Nanostructured cubosomes in an in situ nasal gel system: an alternative approach for the controlled delivery of donepezil HCl to brain. Journal of Liposome Research. 2019;29(3):264-273. DOI: 10.1080/08982104.2018.1552703.

32. Lee B. H., West B., McLemore R., Pauken Ch., Vernon B. L. In-situ injectable physically and chemically gelling NIPAAm-based copolymer system for embolization. Biomacromolecules. 2006;7(6):2059-2064. DOI: 10.1021/bm060211h.

33. Lee B. H., Vernon B. In situ-gelling, erodible N-isopropylacrylamide copolymers. Macromolecular Bioscience. 2005;5(7):629-635. DOI: 10.1002/mabi.200500029.

34. Lee B. H., Beart H. H., Cheng V., McLemore R., Robb S. A., Cui Zh., Dovigi A., Vernon B. L. In vitro and in vivo demonstration of physically and chemically in situ gelling NIPAAm-based copolymer system. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 2013;24(13):1575-1588. DOI: 10.1080/09205063.2013.781939.

35. Li Chen., Li Chun., Liu Zh., Li Q., Yan X., Liu Y., Lu W. Enhancement in bioavailability of ketorolac tromethamine via intranasal in situ hydrogel based on poloxamer 407 and carrageenan. International Journal of Pharmaceutics. 2014;474(1-2):123-133. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2014.08.023.

36. Pandey P., Pandey S., Cabot P. J., Wallwork B., Panizza B. J., Pa-rekh H. S. Toxicity evaluation and nasal mucosal tissue deposition of dexamethasone-infused mucoadhesive in situ nasal gelling systems. Saudi Pharmaceutical Journal. 2019;27(7):914-919. DOI: 10.1016/j.jsps.2019.06.005.

37. Ahmad N., Ahmad R., Ahmad F. J., Ahmad W., Alam M. A., Amir M., Ali A. Poloxamer-chitosan-based Naringenin nanoformulation used in brain targeting for the treatment of cerebral ischemia. Saudi Journal of Biological Sciences. 2020;27(1):500-517. DOI: 10.1016/j.sjbs.2019.11.008.

38. Zakir F., Ahmad A., Farooq U., Mirza M. A., Tripathi A., Singh D., Shakeel F., Mohapatra S., Ahmad F. J., Kohli K. Design and development of a commercially viable in situ nanoemulgel for the treatment of postmenopausal osteoporosis. Nanomedicine. 2020;15(12):1167-1187. DOI: 10.2217/nnm-2020-0079.

39. Харенко Е. А., Ларионова Н. И., Демина Н. Б. Мукоадгезивные лекарственные формы. Химико-фармацевтический журнал. 2009;43(4):21-29.

40. Bakhrushina E., Anurova M., Demina N., Kashperko A., Rastop-china O., Bardakov A., Krasnyuk I. Comparative study of the mu-coadhesive properties of polymers for pharmaceutical use. Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences. 2020; 8(A):639-645. DOI: 10.3889/oamjms.2020.4930.

41. Paul A., Fathima K. M., Nair S. C. Intra nasal in situ gelling system of lamotrigine using ion activated mucoadhesive polymer. The Open Medicinal Chemistry Journal. 2017;11(1):222-244. DOI: 10.2174/1874104501711010222.

42. Mahajan, H. S. Gattani S. In situ gels of Metoclopramide Hydrochloride for intranasal delivery: In vitro evaluation and in vivo pharmacokinetic study in rabbits. Drug Delivery. 2010;17(1):19-27. DOI: 10.3109/10717540903447194.

43. Kulkarni J. A., Avachat A. M. Pharmacodynamic and pharmacokinetic investigation of cyclodextrin-mediated asenapine maleate in situ nasal gel for improved bioavailability. Drug Development and Industrial Pharmacy. 2017;43(2):234-245. DOI: 10.1080/03639045.2016.1236808.

44. Gholizadeh H., Cheng Sh., Pozzoli M., Messerotti E., Traini D., Young P., Kourmatzis A., Ong H. X. Smart thermosensitive chitosan hydrogel for nasal delivery of ibuprofen to treat neurological disorders. Expert Opinion on Drug Delivery. 2019;16(4):453-466. DOI: 10.1080/17425247.2019.1597051.

45. Uppuluri Ch. T., Ravi P. R., Dalvi A. V., Shaikh Sh. Sh., Kale S. R. Piribedil loaded thermo-responsive nasal in situ gelling system for enhanced delivery to the brain: formulation optimization, physical characterization, and in vitro and in vivo evaluation. Drug Delivery and Translational Research. 2021;11(3):909-926. DOI: 10.1007/s13346-020-00800-w.

46. Le Guellec S., Ehrmann S., Vecellio L. In vitro - in vivo correlation of intranasal drug deposition. Advanced Drug Delivery Reviews. 2021;170:340-352. DOI: 10.1016/j.addr.2020.09.002.

47. Keustermans W., Huysmans T., Danckaers F., Zarowski A., Schmel-zer B., Sijbers J., Dirckx J. J. J. High quality statistical shape modelling of the human nasal cavity and applications. Royal Society Open Science. 2018;5(12):181558. DOI: 10.1098/rsos.181558.

48. Moller W., Celik G., Feng Sh., Bartenstein P., Meyer G., Eickelberg O., Schmid O., Tatkov S. Nasal high flow clears anatomical dead space in upper airway models. Journal of Applied Physiology. 2015;118(12):1525-1532. DOI: 10.1152/japplphysiol.00934.2014.

49. Liu Y., Johnson M. R., Matida E. A., Kherani S., Marsan J. Creation of a standardized geometry of the human nasal cavity. Journal of Applied Physiology. 2009;106(3):784-795. DOI: 10.1152/japplphysiol.90376.2008.

50. Corey J. P., Gungor A., Nelson R., Fredberg J., Lai V. A Comparison of the nasal cross-sectional areas and volumes obtained with acoustic rhinometry and magnetic resonance imaging. Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 1997;117(4):349-354. DOI: 10.1016/S0194-5998(97)70125-6.

51. Cheng K.-H., Cheng Y.-S., Yeh H.-Ch., Guilmette R. A., Simpson S. Q., Yang Y.-H., Swift D. L. In vivo measurements of nasal airway dimensions and ultrafine aerosol deposition in the human nasal and oral airways. Journal of Aerosol Science. 1996;27(5):785-801. DOI: 10.1016/0021-8502(96)00029-8.

52. Calmet H., Inthavong K., Eguzkitza B., Lehmkuhl O., Houzeaux G., Vazquez M. Nasal sprayed particle deposition in a human nasal cavity under different inhalation conditions. PLoS One. 2019;14(9):e0221330. DOI: 10.1371/journal.pone.0221330.

53. Chen J. Z., Kiaee M., Martin A. R., Finlay W. H. In vitro assessment of an idealized nose for nasal spray testing: Comparison with regional deposition in realistic nasal replicas. International Journal of Pharmaceutics. 2020;582:119341. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119341.

54. Kundoor V., Dalby R. N. Assessment of nasal spray deposition pattern in a silicone human nose model using a color-based method. Pharmaceutical Research. 2010;27(1):30-36. DOI: 10.1007/s11095-009-0002-4.

55. Warnken Z. N., Smyth H. D. C., Davis D. A., Weitman S., Kuhn J. G., Williams R. O. Personalized medicine in nasal delivery: The use of patient-specific administration parameters to improve nasal drug targeting using 3D-printed nasal replica casts. Molecular Pharmaceutics. 2018;15(4):1392-1402. DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00702.


Дополнительные файлы

1. Графический абстракт
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (987KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Бахрушина Е.О., Демина Н.Б., Шумкова М.М., Родюк П.С., Шуликина Д.С., Краснюк И.И. Интраназальные системы доставки in situ: перспективы применения и основные фармацевтические аспекты разработки (обзор). Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(4):54-63. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-54-63

For citation:


Bakhrushina E.O., Demina N.B., Shumkova M.M., Rodyuk P.S., Shulikina D.S., Krasnyuk I.I. In situ Intranasal Delivery Systems: Application Prospects and Main Pharmaceutical Aspects of Development (Review). Drug development & registration. 2021;10(4):54-63. (In Russ.) https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-54-63

Просмотров: 175


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2305-2066 (Print)
ISSN 2658-5049 (Online)