Doktorsvörn í lyfjafræði - Blanca Lorenzo-Veiga

Mánudaginn 26. október ver Blanca Lorenzo-Veiga doktorsritgerð sína í lyfjafræði við Lyfjafræðideild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Sýklódextrín nanóagnir fyrir augnlyfjagjöf. Cyclodextrin nanostructures and ocular drug delivery.

Vörninni verður streymt:

https://livestream.com/accounts/1974613/events/9362157

Andmælendur eru dr. Francisco Otero-Espinar, prófessor við University of Santiago de Compostela, Spáni, og dr. Ana Paula Serro, dósent við University of Lisbon, Portúgal.

Umsjónarkennari og leiðbeinandi var dr. Hákon Hrafn Sigurðsson, prófessor við  Háskóla Íslands, og meðleiðbeinandi var dr. Þorsteinn Loftsson, prófessor emeritus við Háskóla Íslands. Aðrir í doktorsnefnd voru Margrét Þorsteinsdóttir, prófessor við Lyfjafræðideild, Einar Stefánsson, prófessor við Læknadeild, og Carmen Álvarez Lorenzo, prófessor við University of Santiago de Compostela.

Elín Soffía Ólafsdóttir, prófessor og forseti Lyfjafræðideildar, stjórnar athöfninni sem fer eingöngu fram á Zoom og hefst kl. 09:00.

Ágrip af rannsókn

Þróun augnlyfja er mjög krefjandi vegna einstakrar byggingar augans og hindrana sem eru á flæði lyfja í gegnum himnur augans. Lítil vatnsleysni margra lyfja og of stuttur viðverutími þeirra á yfirborði augans gerir þróun augnlyfjasamsetninga enn erfiðari. Nokkar aðferðir hafa verið reyndar til að auka aðgengi lyfja inn í augað. Sýklódextrín nanóagnir eru áhugaverð nálgun á þessu vandamáli þar sem sýklódextrín hafa mikla getu til að auka vatnsleysni fitusækinna lyfja og hjálpa þeim að komast í gegnum lífrænar himnur. Sýklódextrín nanóagnir auka viðverutíma lyfja á yfirborði augans og valda með því auknu frásogi inn í augað.

Markmið þessa verkefnis var að auka leysni lyfjanna Nepafenac og Natamycin með notkun sýklódextrín flétta og fjölliða sem mynda örkjarna í lausn og auka frásog lyfjanna í gegnum helstu himnur augans.

Nepafenac er bólgueyðandi lyf sem er ávísað gegn bólgum og verkjum sem fylgja augasteinsaðgerðum. Lyfið er torleyst í vatni og kemst illa í gegnum himnur augans. Fléttumyndun lyfsins við sex sýklódextrín í fjölliðulausnum var rannsökuð ásamt því að skoða hvernig nanóagnir mynduðust. Helstu niðurstöður sýndu að HPβ-CD jók leysni lyfsins mest og γ-CD  stuðlaði að mestri nanóagnamyndum. Fléttumyndum var rannsökuð með leysniferli ásamt DSC, FT-IR og ¹H-NMR aðferðum. Sú flétta sem kom best út var samsett úr 15% (w/v) γ-CD og 8% (w/v) HPβ-CD. Sú flétta var þróuð áfram með mismunandi vatnsleysanlegum fjölliðum. Eðlislyfjafræðilegir eiginleikar fléttanna voru rannsakaðir ásamt því að nota mismunandi aðferðir til að meta hæfni þeirra til að koma lyfinu í gegnum himnur og vefi augans. Einnig voru líffræðilegar aðferðir notaðar til að meta virkni, ertingu og eitrunaráhrif lyfjasamsetninganna. Lyfjasamsetningarnar voru bornar saman við Nevanac®  sem er skráð lyf á markaði og komu þær mun betur út m.t.t. ofangreindra þátta heldur en skráða lyfið.

Natamycin er notað við sveppasýkingum í augum. Notkun þess er þó takmörkuð vegna þess hve torleyst lyfið er og aðgengi þess í augum lélegt. Fjölliðurnar Soluplus® og Pluronic® P103 voru notaðar til að búa mísellur, blandaðar mísellur og rotaxana í mismunandi lyfjasamsetningum með α-CD. Eðlislyfjafræðilegir eiginleikar fjölliðukerfanna voru rannsakaðir ásamt því að nota mismunandi aðferðir til að meta hæfni þeirra til að koma lyfinu í gegnum himnur og vefi augans. Einnig voru líffræðilegar aðferðir notaðar til að meta virkni, ertingu og eitrunaráhrif lyfjasamsetninganna. Soluplus mísellur reyndust best til að auka leysni lyfsins. Rotaxanar reyndust ekki hentugir til að auka flæði lyfsins inn í vefi augans samanborið við mísellurnar.

Samantekið þá tókst að þróa lyfjasamsetningar fyrir annars vegar Nepafenac og hins vegar Natamycin sem auka leysni lyfjanna, hafa hentuga eiginleika fyrir augnlyfjasamsetningar og valda ekki ertingu eða eitrunaráhrifum í einföldum prófunum.

Abstract

Ocular drug delivery is very challenging due to the anatomical and physiological barriers of the eye. Poor aqueous solubility of many drugs and short retention time at ocular surfaces makes the formulation of topical dosage forms even more challenging. Several approaches have been reported to enhance drug bioavailability at the ocular tissues. Cyclodextrin-based nanocarriers have been selected due to their well-known capability of cyclodextrins to enhance the solubility of lipophilic drugs and its permeability through biological membranes. They can also prolong the retention time of ophthalmic formulations on the ocular surface and, as a consequence, increase their bioavailability.

The aim of this project was to apply cyclodextrin technology and cyclodextrin-amphiphilic copolymers to enhance the aqueous solubility of two poorly soluble drugs, Nepafenac and Natamycin, as well as their corneal or scleral accumulation.

Nepafenac is a non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) prescribed for the treatment of pain and inflammation that usually occurred after cataract surgery. Nepafenac has low water solubility and ocular permeability. The complexation of nepafenac with six CDs and various water-soluble polymers was investigated. Results showed that HPβ-CD showed the highest solubilizing capacity, while γ-CD led to the highest aggregate formation. Complex formation was investigated and supported by phase solubility analysis, DSC, FT-IR and ¹H-NMR. The optimized complex, which contained 15% (w/v) γ-CD and 8% (w/v) HPβ-CD, was selected for additional studies. Nine formulations containing nepafenac/γ-CD/HPβ-CD complexes and various water-soluble polymers were prepared. Physicochemical and rheological characterization, mucoadhesive capacity, ocular tolerance, diffusion studies, corneal and scleral permeability, and anti-inflammatory activity of these formulations were investigated and compared to the marketed nepafenac suspension, Nevanac® 3 mg/mL. The formulations displayed zeta potential from –6 to –27 mV, microparticle size in the range of 340-5950 nm, neutral pH and high sclera permeation. Moreover, they were found to be non-toxic and non-irritant. Compared to Nevanac®, formulations containing poly(vinyl)-alcohol (PVA), methylcellulose (MC) and carboxymethyl cellulose (CMC) presented the best results in relation to sclera accumulation and anti-inflammatory activity.

Natamycin is approved for the treatment of fungal keratitis but its use is restricted due to its low water solubility and low ocular penetration. Soluplus® and Pluronic® P103 were selected as surfactants to prepare single and mixed micelles and poly(pseudo)rotaxanes for Natamycin encapsulation. Soluplus, Pluronic P103 and a mixture of Soluplus/ Pluronic in ratio 4:1 dispersions were prepared with and without 10% α-CD in 0.9% sodium chloride or buffer pH 6.4. They were investigated in relation to their solubility, particle size, zeta potential, pH, rheological properties, diffusion studies, ocular irritancy, and ex vivo cornea and sclera permeation. All formulations revealed zeta potentials close to zero while differences were found with respect to their size. Soluplus micelles and mixed micelles revealed larger sizes (range 90-150 nm) followed by Pluronic P103 micelles. Soluplus micelles led to the highest Natamicyn solubility, followed by Pluronic P103 and their mixed micelles. All formulations were found cytocompatible on murine fibroblasts and did not display irritation. Although Soluplus nanomicelles and poly(pseudo)rotaxanes showed in situ gel behavior at 35 ºC and the highest solubilizing capacity, Pluronic and Soluplus  poly(pseudo)rotaxanes led to the lowest diffusion rate and corneal and sclera permeation. Moreover, poly(pseudo)rotaxanes of mixed micelles showed intermediate diffusion release and permeability through cornea and sclera comparing to only Soluplus and Pluronic poly(pseudo)rotaxanes.

To conclude, we would like to point out that both optimized Nepafenac formulation and Natamycin-based mixed poly(pseudo)rotaxanes may represent a new approach for topical instillation of drugs to the posterior segment of the eye.

Um doktorsefnið

Blanca Lorenzo-Veiga fæddist í Vigo á Spáni 31. desember 1990. Hún útskrifaðist með MS-próf ​​í lyfjafræði frá Háskólanum í Santiago de Compostela á Spáni árið 2014 og aðra meistaragráðu í rannsóknum og þróun í lyfjafræði frá sama háskóla árið 2016. Hún starfaði sem lyfjafræðingur frá árinu 2014 þar til hún hóf doktorsnám sitt við Lyfjafræðideild Háskóla Íslands haustið 2016. Hún hlaut Erasmus-styrk í doktorsnámi sínu árið 2018 og dvaldi eitt ár á rannsóknarstofu hjá prófessor Carmen Alvarez-Lorenzo við Háskólann í Santiago de  Compostela.