Metalowo-organiczne ramy MOF rewolucjonizują leczenie echinokokkozy

Czym jest echinokokkoza i jakie wyzwania stawia leczenie?

Echinokokkoza jest globalnie rozpowszechnioną chorobą pasożytniczą wywoływaną przez larwy Echinococcus, które zakażają ludzi i zwierzęta. Według szacunków WHO z 2015 roku, choroba ta prowadzi rocznie do 19 300 zgonów i 871 000 utraconych lat życia skorygowanych niepełnosprawnością (DALY), stanowiąc znaczące obciążenie dla zdrowia publicznego. Pasożyt atakuje głównie wątrobę, tworząc cysty, które wywierają nacisk na sąsiednie tkanki i narządy. Poprzez pączkowanie egzogenne larwy namnażają się, infiltrując okoliczne tkanki i tworząc nowe pęcherzyki. Mogą one migrować przez płyn limfatyczny i krew do odległych miejsc, zachowując swoją zakaźność.

Charakterystyka patologiczna echinokokkozy przypomina nowotwory złośliwe. Ze względu na długi okres inkubacji, powolny postęp, trudności w leczeniu i wysoką śmiertelność zyskała przydomek “raka robaków”. Albendazol (ABZ) jest lekiem pierwszego wyboru w leczeniu echinokokkozy. ABZ zaburza system mikrotubul pasożyta, utrudniając pobieranie glukozy i ostatecznie powodując śmierć larw. Jednak słaba rozpuszczalność w wodzie i niska absorpcja jelitowa ograniczają jego skuteczność. Obecne doustne formulacje zapewniają kliniczny wskaźnik wyleczenia poniżej 30% i wymagają długotrwałego leczenia, co znacznie ogranicza ich zastosowanie kliniczne. Dlatego poprawa rozpuszczalności albendazolu i zwiększenie stężenia leku w kapsułce stały się głównymi kierunkami udoskonalania formulacji albendazolu.

Obecnie opracowano wiele nowatorskich formulacji, w tym dyspersje stałe, sole syntetyczne, liposomy, mikroemulsje i mikrosfery, które wykazały poprawę absorpcji ABZ, jednak żadna z tych formulacji nie osiągnęła etapu badań klinicznych. Dyspersje stałe są powszechnie stosowane do poprawy rozpuszczalności i biodostępności leków, ale wciąż borykają się z problemami stabilności. Liposomy mogą enkapsulować leki o różnych właściwościach fizykochemicznych, poprawiając ich stabilność i rozpuszczalność, a także zwiększając ukierunkowanie leków. Badania nad liposomami rozpoczęły się wcześniej, a proces ich wytwarzania jest bardziej dojrzały, jednak nadal występują niedoskonałości w skuteczności klinicznej i procesie produkcji. Metoda przygotowania mikroemulsji jest prosta i zapewnia lepszą stabilność oryginalnego leku przed użyciem, ale nadal wymaga uwagi w kwestii bezpieczeństwa głównych składników.

Jak metalowo-organiczne ramy rewolucjonizują dostarczanie leku?

Metalowo-organiczne ramy (MOF) to porowate materiały o periodycznej strukturze sieciowej, utworzone przez koordynację nieorganicznych centrów metalicznych z organicznymi ligandami. W porównaniu z tradycyjnymi nośnikami leków, MOF oferują kilka zalet: (1) Ich wysoce uporządkowane struktury krystaliczne umożliwiają tworzenie jednolitych porów i kanałów, z regulowanymi rozmiarami porów od nanoskali do mikroskali; (2) MOF wykazują wyjątkowo wysoką powierzchnię właściwą, często przekraczającą tysiące metrów kwadratowych na gram; (3) Obecność jonów metali i ligandów organicznych zapewnia liczne aktywne miejsca do interakcji z cząsteczkami leków. Cechy te sprawiają, że MOF są szczególnie odpowiednie do zastosowań wymagających wysokiej pojemności ładowania leków.

W ostatnich latach MOF stały się obiecującą platformą do dostarczania leków i są coraz częściej uznawane za potencjalne nośniki leków. Oferują znaczącą poprawę właściwości leków. W przypadku słabo rozpuszczalnych małych cząsteczek lekowych, MOF o właściwościach reaktywnych wobec wody mogą enkapsulować cząsteczki leku w nanoskopowych porach w formie amorficznej, zwiększając rozpuszczalność poprzez szybkie uwalnianie w mediach rozpuszczających. Po załadowaniu leku MOF tworzą stabilne mikrośrodowisko dla leków dzięki silnym oddziaływaniom międzycząsteczkowym pomiędzy wewnętrznymi grupami funkcyjnymi a cząsteczkami leku, chroniąc je przed zewnętrznymi wpływami fizycznymi i chemicznymi, znacznie zwiększając stabilność leku.

MOF wspierają również przedłużone i kontrolowane uwalnianie leku, zapobiegając nagłemu uwolnieniu leku i wydłużając czas retencji. Kontrolę tę można osiągnąć poprzez interakcje molekularne gospodarz/gość, modyfikacje powierzchni i regulację defektów. Dodatkowo MOF mogą działać jako nośniki reagujące na bodźce, reagując precyzyjnie na zewnętrzne czynniki, takie jak temperatura, pola magnetyczne, ultradźwięki, światło i pH. Te właściwości ułatwiają kontrolowane dostarczanie i uwalnianie leków. Poprzez modyfikacje powierzchniowe MOF mogą również celować w określone miejsca, zwiększając biodostępność leków.

W tym badaniu wybrano MOF jako systemy dostarczania leków dla albendazolu (ABZ). Wybrane MOF — MOF-802, UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ — zostały ocenione pod kątem ich zdolności do przenoszenia leków, zachowania uwalniania in vitro, wydajności transportu transbłonowego w nabłonku jelitowym oraz zdolności do poprawy biodostępności ABZ poprzez eksperymenty farmakokinetyczne na szczurach. Ostatecznym celem było ocena przydatności MOF jako systemów dostarczania leków dla ABZ.

MOF zostały zsyntetyzowane metodą solwotermalną, a enkapsulacja leku została osiągnięta przy użyciu techniki współkrystalizacji in situ. W tym procesie ligandy organiczne, jony metali i ABZ zostały połączone w środowisku reakcji, umożliwiając jednoczesną krystalizację leków i MOF. Cząsteczki leku zostały skutecznie uwięzione w porach MOF podczas tworzenia kryształów, co skutkowało załadowanymi lekiem ABZ@MOFs. Metoda solwotermalna pozwala na kontrolę rozmiaru i morfologii MOF poprzez dostosowanie proporcji reagentów, ale jest odpowiednia tylko dla leków stabilnych termicznie. ABZ, o temperaturze topnienia 200°C, spełnia ten wymóg, ponieważ temperatury reakcji dla syntezy wszystkich trzech typów ABZ@MOFs nie przekroczyły tego progu.

Badania mikroskopowe ujawniły charakterystyczne cechy morfologiczne dla zsyntetyzowanych ABZ@MOFs. ABZ@MOF-802 wykazywał kształt sferoidalny wielościenny z dobrze zdefiniowanymi krawędziami i gładką powierzchnią, zachowując swoją morfologię po załadowaniu lekiem. UiO-66-NH₂ wykazywał nieregularny kształt wielościenny z gładką powierzchnią i jednolitym rozkładem wielkości cząstek po załadowaniu lekiem. MIL-125-NH₂ tworzył rombowe dwunastościany z kanciastymi krawędziami. Cząstki zanieczyszczeń przylegały do powierzchni zarówno przed, jak i po załadowaniu lekiem, a na powierzchni ABZ@MIL-125-NH₂ widoczne były wyraźne kwadratowe struktury porów.

Jakie cechy charakteryzują formulacje ABZ@MOFs?

Wielkości cząstek zsyntetyzowanych MOF-802, UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ wynosiły odpowiednio (793,4 ± 22,4), (159,8 ± 11,3) i (425,9 ± 5,0) nm. Po załadowaniu lekiem wielkości wzrosły do (1062,6 ± 94,8), (228,3 ± 12,3) i (502,3 ± 16,2) nm. Potencjały Zeta MOF-802, UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ wynosiły odpowiednio (-3,9 ± 0,6), (2,2 ± 0,5) i (-6,8 ± 0,7) mV. Po załadowaniu lekiem potencjały wzrosły do (5,0 ± 0,9), (5,6 ± 0,2) i (-3,3 ± 0,4) mV. ABZ jest lekiem słabo zasadowym, który dysocjuje na dodatnio naładowane jony w środowiskach słabo kwaśnych, takich jak roztwory kwasu octowego lub mrówkowego używane podczas syntezy. Ta dysocjacja zwiększyła potencjał Zeta MOF załadowanych ABZ.

Analiza krystalicznej struktury zsyntetyzowanych materiałów za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej proszku (PXRD) wykazała, że piki dyfrakcyjne dla MOF-802 obserwowano przy 2θ 7,77°, 8,98°, 12,75° i 14,95°, co odpowiada wzorcowi PXRD symulowanego MOF-802. UiO-66-NH₂ wykazywał piki dyfrakcyjne o wysokiej intensywności i ostrości, z charakterystycznymi refleksami przy 2θ 7,32°, 8,46°, 12,08° i 14,18°, wskazującymi na dobrą krystaliczność i stabilność strukturalną. MIL-125-NH₂ wykazywał wyraźne piki przy 2θ 6,71°, 9,69° i 11,61°, które były zgodne z symulowanymi widmami. Wyniki te potwierdziły udaną syntezę trzech MOF. Co istotne, pozycje pików dyfrakcyjnych pozostały niezmienione po załadowaniu ABZ, co wskazuje na zachowanie struktur krystalicznych.

Widma FT-IR dostarczyły dalszych informacji na temat składu chemicznego ABZ, MOFs, ABZ@MOFs i mieszaniny fizycznej MOFs/ABZ-PM. W MOF-802 charakterystyczne drganie rozciągające Zr-O pojawiło się przy 663 cm⁻¹, podczas gdy piki przy 1371 cm⁻¹ i 1657 cm⁻¹ odpowiadały drganiom rozciągającym C-O i C=O. Szerokie pasmo absorpcji około 3400 cm⁻¹ przypisano rozciąganiu -OH. Dla UiO-66-NH₂ drgania wiązania Zr-O obserwowano przy 665 cm⁻¹ i 767 cm⁻¹, podczas gdy rozciąganie wiązania aromatycznego C=C w kwasie 2-aminotereftalowym pojawiło się przy 1600-1500 cm⁻¹. Szeroki pik między 3700 a 3000 cm⁻¹ był związany z rozciąganiem -OH kwasu karboksylowego. MIL-125-NH₂ wykazywał charakterystyczne drgania Ti-O i O-Ti-O między 600 a 1000 cm⁻¹, z silną absorpcją -OH przy 3400 cm⁻¹.

ABZ wykazywał wyraźne piki rozciągające C-H i N-H odpowiednio przy 2956 cm⁻¹ i 3313 cm⁻¹. Jednak te charakterystyczne piki ABZ zniknęły w widmach ABZ@MOFs, wskazując na enkapsulację w ramach MOF poprzez chemiczne wiązania koordynacyjne, a nie proste mieszanie fizyczne. Spójne widma przed i po załadowaniu lekiem sugerowały minimalne zmiany strukturalne w MOF. Zmniejszona odpowiedź na FT-IR mogła wynikać z efektu ekranowania porów MOF lub słabej absorpcji ABZ po enkapsulacji.

Porowatość MOF zbadano przy użyciu izoterm adsorpcji/desorpcji N₂. MOF-802 i ABZ@MOF-802 wykazywały izotermy adsorpcji typu IV z pętlami histerezy, wskazującymi na współistnienie mikroporów i mezoporów. Zarówno UiO-66-NH₂, jak i MIL-125-NH₂ wykazywały typowe izotermy typu I, charakterystyczne dla materiałów mikroporowatych. Załadowanie lekiem prowadziło do zmniejszenia powierzchni właściwej BET, potwierdzając skuteczną enkapsulację ABZ w MOF.

Analiza XPS wykazała charakterystyczne zmiany w widmach po załadowaniu ABZ. W przypadku UiO-66-NH₂ i ABZ@UiO-66-NH₂, po załadowaniu ABZ piki O 1s przesunęły się w kierunku niższych energii wiązania o 0,5 eV i 0,7 eV odpowiednio dla wiązań C-O i C=O, wskazując na udział grup karboksylowych w wiązaniu leku. Widma Zr 3d również wykazywały przesunięcia w kierunku niższej energii wiązania, sugerując interakcje chemiczne między ABZ a ramą MOF. W przypadku MIL-125-NH₂, po enkapsulacji ABZ piki N 1s przesunęły się do 399,1 eV i 402,8 eV, sugerując możliwe interakcje między ABZ a grupami aminowymi w ramie. Co ciekawe, w widmach XPS ABZ@MOFs nie wykryto charakterystycznego dla ABZ pierwiastka S. Ta nieobecność wynika prawdopodobnie z ograniczonej głębokości detekcji XPS (około 10 nm) i metody enkapsulacji użytej do załadowania ABZ. Wyniki te silnie sugerują, że ABZ jest osadzony w szkielecie MOF, a nie jedynie zaadsorbowany na jego powierzchni.

Analiza stabilności termicznej wykazała różne zachowania termiczne dla MOF i ich odpowiedników załadowanych ABZ. Dla MOF-802 i ABZ@MOF-802 oba wykazywały stabilność do 150°C. Między 200°C a 500°C zaobserwowano znaczną utratę masy około 45%, po czym nastąpiła stabilizacja między 500°C a 800°C. Rozkład w tym zakresie przypisano rozpadowi ligandów organicznych. UiO-66-NH₂ i ABZ@UiO-66-NH₂ wykazywały wyraźną utratę masy między 30°C a 200°C, prawdopodobnie z powodu desorpcji cząsteczek wody powierzchniowej i parowania pozostałego rozpuszczalnika kwasu octowego. Szybsza utrata masy wystąpiła między 380°C a 450°C, związana z rozkładem ligandów organicznych. Między 500°C a 600°C dodatkowa 8% utrata masy została przypisana zawaleniu się ramy i przekształceniu klastrów Zr-O w tlenek metalu ZrO₂. Masa stabilizowała się powyżej 600°C. Analiza TGA MIL-125-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ ujawniła trzy różne fazy. Pierwszy etap, od 30°C do 300°C, odpowiada desorpcji wody zaadsorbowanej na powierzchni i parowaniu pozostałych rozpuszczalników metanolu i DMF. Drugi etap, między 300°C a 400°C, charakteryzuje się rozkładem ABZ i zawaleniem się ramy z powodu rozpadu wiązań koordynacyjnych metali. Powyżej 400°C struktura stabilizuje się, przekształcając się w TiO₂, z końcowymi masami pozostałości 70,0% dla MIL-125-NH₂ i 64,8% dla ABZ@MIL-125-NH₂.

Zdolność ładowania leków ABZ@MOFs została oceniona za pomocą spektrofotometrii UV. Zawartość załadowanego leku dla ABZ@MOF-802, ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ określono odpowiednio na (1,71 ± 0,08)%, (12,13 ± 0,04)% i (26,17 ± 0,10)%. Wydajność enkapsulacji dla ABZ@MOF-802, ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ określono odpowiednio na (40,5 ± 0,15)%, (91,4 ± 0,70)% i (56,0 ± 0,11)%. Pomiary adsorpcji/desorpcji N₂ wykazały, że zarówno UiO-66-NH₂, jak i MIL-125-NH₂ wykazały wyższe powierzchnie właściwe BET i większe całkowite objętości porów w porównaniu do MOF-802, co prawdopodobnie ułatwia większą pojemność leków. Dodatkowo grupy -NH₂ na strukturach UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ mogą ułatwiać ładowanie leków poprzez interakcje wiązań wodorowych z albendazolem.

Czy nowatorskie formulacje poprawiają biodostępność i transport leku?

Podawanie doustne pozostaje najbardziej powszechną i najprostszą drogą podawania leków. Jednak różne bariery fizjologiczne, takie jak przewód pokarmowy, znacznie utrudniają absorpcję doustnie podawanych nośników leków, co skutkuje niską biodostępnością. Aby symulować warunki fizjologiczne żołądka, jelita i normalnych płynów ustrojowych, jako media uwalniające wybrano roztwór kwasu solnego (pH 1,2) i roztwory soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) o pH 6,8 i 7,4. ABZ@MOF-802 wykazywał stabilne uwalnianie leku w warunkach słabo kwaśnych i obojętnych, a pozostawał stabilny w warunkach silnie kwaśnych. ABZ@MIL-125-NH₂ wykazywał skumulowaną szybkość uwalniania mniejszą niż 20% po 24 godzinach we wszystkich trzech warunkach pH, wskazując na stały i kontrolowany profil uwalniania.

W przeciwieństwie do tego, ABZ@UiO-66-NH₂ wykazywał minimalne uwalnianie w warunkach kwaśnych (mniej niż 5% po 24 godzinach), co sugeruje stabilność w środowisku żołądkowym. W PBS o pH 6,8 nastąpiło szybsze uwalnianie, a skumulowane uwalnianie osiągnęło ponad 40%, podczas gdy przy pH 7,4 szybkość uwalniania wzrosła jeszcze bardziej, osiągając skumulowane uwalnianie (62,4 ± 0,70)% w ciągu 24 godzin. Wyniki te podkreślają pH-zależne zachowanie uwalniania trzech ABZ@MOFs. Dodatkowo, wstępny eksperyment wskazał, że ABZ@MOFs uwalniały więcej leków w homogenacie jelitowym, prawdopodobnie z powodu wpływu enzymów trawiennych na zachowanie uwalniania. Aby to dalej zbadać, zastosowano enzymy obficie występujące w jelicie — trypsynę (proteazę), lipazę trzustkową i α-amylazę. ABZ@UiO-66-NH₂ wykazał najlepsze uwalnianie leku zarówno w różnych warunkach pH, jak i w obecności enzymów. Spośród trzech enzymów lipaza miała największy wpływ na uwalnianie leku z ABZ@MOFs.

Dane dotyczące uwalniania leku in vitro analizowano przy użyciu modeli pierwszego rzędu, zerowego rzędu i modelu Higuchiego, aby zrozumieć kinetykę uwalniania ABZ@MOFs. Wyniki wskazują, że model uwalniania pierwszego rzędu zapewnił najlepsze dopasowanie, z wartościami R² najbliższymi 1 dla każdej formulacji w różnych warunkach pH, sugerując, że uwalnianie leku następuje głównie w procesie kierowanym dyfuzją. Początkowo występuje szybka szybkość uwalniania, a następnie stopniowe zmniejszanie się w czasie, prowadząc do bardziej stabilnego i trwałego uwalniania. Pod wpływem enzymów model Higuchiego zapewnił najlepsze dopasowanie, wskazując, że uwalnianie leku w tym przypadku jest regulowane przez kombinację dyfuzji i rozpuszczania ramy. W tym scenariuszu cząsteczki leku dyfundują przez pory lub kanały MOF, z początkowym szybkim uwolnieniem, po którym następuje przyspieszona faza uwalniania, zachowując stosunkowo stabilny trend uwalniania przez cały czas. Ten profil uwalniania umożliwia lekowi szybkie osiągnięcie stężeń terapeutycznych i utrzymanie skutecznego poziomu w czasie, poprawiając biodostępność i skuteczność terapeutyczną.

Aby dalej wyjaśnić zachowania uwalniania, analizowano wzorce PXRD ABZ@MOFs po uwolnieniu w różnych warunkach. Wzorce PXRD ABZ@MOF-802 i ABZ@UiO-66-NH₂ całkowicie zapadły się po uwolnieniu, co odpowiada wyższemu uwalnianiu leku. W przeciwieństwie do tego, struktura krystaliczna ABZ@MIL-125-NH₂ pozostała nienaruszona, nawet po 24 godzinach uwalniania w różnych warunkach, co mogłoby wyjaśnić jego niższą zdolność uwalniania leku. Ponadto jony fosforanowe (PO₄³⁻), obficie występujące w środowisku fizjologicznym, prawdopodobnie odgrywają rolę w zakłócaniu struktury MOF poprzez wymianę grup fosforanowych z ligandami karboksylowymi, prowadząc do degradacji ramy i uwalniania leku. Silniejsze uwalnianie obserwowane dla dwóch MOF na bazie Zr w porównaniu do MIL-125-NH₂ może wynikać z wyższego powinowactwa wiązania między Zr a jonami fosforanowymi w porównaniu do Ti a jonami fosforanowymi.

Ze względu na niskie załadowanie lekiem (1,71%) i duży rozmiar cząstek ABZ@MOF-802, został on wykluczony z kolejnych eksperymentów komórkowych i zwierzęcych. ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ na komórkach Caco-2 oceniono przy użyciu metody CCK-8. Przy stężeniach leku powyżej 20 μg·mL⁻¹ wskaźniki przeżycia komórek spadły poniżej 80%. Testowano następujące stężenia: 20 μg·mL⁻¹ (wysokie), 10 μg·mL⁻¹ (średnie) i 5 μg·mL⁻¹ (niskie).

Badania transportu transbłonowego wykazały, że objętość transportu transbłonowego i przepuszczalność (P_app) ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ ze strony wierzchołkowej (AP) do strony podstawno-bocznej (BL), a także ze strony BL do strony AP, w modelu komórkowym monowarstwy Caco-2 przy różnych stężeniach, były różne. Stężenie leku i przepuszczalność ABZ@UiO-66-NH₂ były wyższe niż ABZ@MIL-125-NH₂ przy wszystkich stężeniach (wysokim, średnim i niskim) zarówno po stronie AP, jak i BL. Sugeruje to, że ABZ@UiO-66-NH₂ posiada lepszą zdolność transportu transbłonowego w porównaniu do ABZ@MIL-125-NH₂. Komórki nabłonka jelitowego stanowią kluczową barierę dla absorpcji doustnie podawanych nośników leków. Dodatnio naładowany ABZ@UiO-66-NH₂ jest łatwiej absorbowany przez ujemnie naładowane błony tych komórek. Dodatkowo, właściwości fizyczne nośników leków, w tym rozmiar, kształt i sztywność, znacząco wpływają na ich absorpcję w jelicie cienkim. Nanocząstki mają zazwyczaj zakres wielkości 10-200 nm, co zwiększa właściwości fizykochemiczne leków, poprawiając ich rozpuszczalność i przepuszczalność. Wielkość cząstek ABZ@UiO-66-NH₂ wynosi 228,3 nm, mniejsza niż ABZ@MIL-125-NH₂, co pozwala na łatwiejsze przekraczanie nabłonka jelitowego i dotarcie do miejsca docelowego działania terapeutycznego.

Aby dalej zbadać mechanizm transportu transbłonowego ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂, zbadano ich transport przez stronę AP-BL w modelu komórkowym monowarstwy Caco-2 w dwóch różnych temperaturach (4°C i 37°C). P_app ABZ@UiO-66-NH₂ zmniejszało się w czasie w obu temperaturach, z niższymi wartościami P_app obserwowanymi w 4°C w porównaniu do 37°C. Wyniki te wskazują, że transport transbłonowy jest zależny od temperatury, sugerując proces zależny od energii. Mechanizm transportu leku można również wywnioskować ze współczynnika wypływu (ER). Gdy ER jest mniejszy niż 1, dominuje transport bierny. ER między 1 a 1,5 wskazuje na kombinację transportu biernego i aktywnego. ER większy niż 1,5 sugeruje udział białek wypływu. ER ABZ@UiO-66-NH₂ przy wysokim i średnim stężeniu mieścił się w zakresie od 1 do 1,5, podczas gdy ER ABZ@MIL-125-NH₂ przy średnim i niskim stężeniu był mniejszy niż 1. Wyniki te sugerują, że ABZ@UiO-66-NH₂ podąża za trybem transportu transbłonowego obejmującym dyfuzję bierną i transport aktywny, podczas gdy ABZ@MIL-125-NH₂ polega głównie na transporcie biernym.

Po podaniu dożołądkowym ABZ i ABZ@MOFs u szczurów, wyniki ujawniły znaczący wzrost pola pod krzywą stężenia we krwi w czasie (AUC₀₋∞) dla ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂. W szczególności AUC₀₋∞ ABZ@UiO-66-NH₂ wynosiło 2269,66 ± 707,32 μg·L⁻¹·h, co jest 10,3 razy wyższe niż w przypadku ABZ API (219,91 ± 25,27 μg·L⁻¹·h). Jak pokazano na wykresie, stężenie we krwi ABZ@UiO-66-NH₂ pozostawało wyższe niż ABZ w ciągu 24 godzin po podaniu. Okres półtrwania ABZ@UiO-66-NH₂ został wydłużony, a średni czas przebywania (MRT₀₋∞) in vivo został przedłużony, co skutkowało trwałym wzrostem stężenia w osoczu i poprawą biodostępności ABZ. Natomiast AUC₀₋∞ ABZ@MIL-125-NH₂ było 1,8 razy większe niż ABZ. Chociaż szczytowe stężenie we krwi (C_max) ABZ@MIL-125-NH₂ było wyższe niż ABZ, jego szybkość klirensu była znacznie zwiększona, co prowadziło do szybszego metabolizmu i szybszego wydalania z krwiobiegu. Sugeruje to, że ABZ mógł nie zostać natychmiast uwolniony z formulacji. Wyniki te wskazują, że formulacje MOF ABZ skutecznie zwiększają jego biodostępność doustną.

Jakie perspektywy daje zastosowanie MOF w terapii ABZ?

Podsumowując, w badaniu tym zsyntezowano trzy metalowo-organiczne ramy (MOF) — MOF-802, UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ — i załadowano do każdej ramy słabo rozpuszczalny lek ABZ. Właściwości MOF i odpowiednich formulacji ABZ@MOF scharakteryzowano przy użyciu różnych technik. Wyniki ujawniły wyraźne różnice w wielkości cząstek, morfologii i strukturze krystalicznej między trzema MOF. W trzech ABZ@MOFs, ABZ@MIL-125-NH₂ wykazał najwyższe załadowanie lekiem, następnie ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MOF-802. Zachowanie uwalniania in vitro ABZ@MOFs oceniono w różnych warunkach pH i enzymów. Wszystkie trzy formulacje wykazały podwójny profil uwalniania w odpowiedzi na pH i enzymy, wskazując na ich zdolność do uwalniania ABZ w określonych warunkach fizjologicznych. Badania transportu transbłonowego dodatkowo wykazały, że ABZ@UiO-66-NH₂ przewyższał ABZ@MIL-125-NH₂ pod względem przepuszczalności. Wreszcie, przeprowadzono badania farmakokinetyczne in vivo dla ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂. Wyniki wykazały znaczący wzrost pola pod krzywą stężenia we krwi w czasie (AUC₀₋∞) dla obu formulacji w porównaniu do samego ABZ. W szczególności, AUC₀₋∞ ABZ@UiO-66-NH₂ i ABZ@MIL-125-NH₂ wzrosło odpowiednio około 10,3-krotnie i 1,8-krotnie. Podsumowując, MOF skutecznie zwiększają rozpuszczalność i biodostępność ABZ, czyniąc je obiecującymi kandydatami do zastosowania w doustnych systemach dostarczania leków dla ABZ.

Podsumowanie

Badania koncentrują się na wykorzystaniu metalowo-organicznych ram (MOF) jako nośników albendazolu (ABZ) w leczeniu echinokokkozy – globalnie rozpowszechnionej choroby pasożytniczej. Obecnie stosowany ABZ charakteryzuje się niską skutecznością ze względu na słabą rozpuszczalność i biodostępność. Naukowcy zbadali trzy typy MOF: MOF-802, UiO-66-NH₂ i MIL-125-NH₂ jako potencjalne nośniki leku. Najlepsze rezultaty osiągnięto dla ABZ@UiO-66-NH₂, który wykazał 10,3-krotny wzrost biodostępności w porównaniu do czystego ABZ. Formulacja ta charakteryzowała się kontrolowanym uwalnianiem leku zależnym od pH i obecności enzymów oraz zwiększoną przepuszczalnością przez barierę jelitową. Wyniki badań wskazują, że MOF mogą znacząco poprawić właściwości farmakokinetyczne ABZ, co czyni je obiecującą platformą do optymalizacji terapii echinokokkozy.