Innowacyjne podejście do ochrony słuchu?
Badanie przedstawia opracowanie nowego systemu dostarczania deksametazonu (DEX) do ucha wewnętrznego w celu ochrony przed utratą słuchu wywołaną cisplatyną (CIHL). Naukowcy wykorzystali nanocząstki złota (AuNRs) pokryte mezoporowatą powłoką krzemionkową (MS) i modyfikowane saponiną, tworząc nanonośnik aktywowany światłem bliskiej podczerwieni (NIR).
Badanie obejmowało zarówno eksperymenty in vitro na komórkach HEI-OC1, jak i in vivo na modelu świnki morskiej. Naukowcy przeprowadzili kompleksową ocenę właściwości fizykochemicznych, biokompatybilności i skuteczności terapeutycznej opracowanego nanonośnika (AuNR@DEX-MS-saponin, NPs/DEX).
Czy właściwości nanocząstek przełamują bariery terapeutyczne?
Utrata słuchu jest obecnie najczęstszym zaburzeniem sensorycznym na świecie. Utrata słuchu indukowana cisplatyną (CIHL) dotyka 40-80% pacjentów onkologicznych podczas leczenia cisplatyną (Cis). Cis może pozostawać w ślimaku przez kilka miesięcy do kilku lat, powodując obustronny, postępujący ubytek słuchu i trwałe uszkodzenie komórek rzęskowych, zwoju spiralnego i prążka naczyniowego. Wcześniejsze badania wykazały, że kortykosteroid deksametazon (DEX) wywiera ochronny wpływ przeciwko ototoksyczności indukowanej Cis in vitro, jednak lek nie wykazał imponujących efektów terapeutycznych w praktyce klinicznej z powodu licznych barier biologicznych.
Charakterystyka nanocząstek wykazała, że AuNRs miały strukturę pręcikowatą o średniej szerokości 12,22 ± 0,94 nm i długości 64,45 ± 1,94 nm, z powłoką krzemionkową o grubości około 12,19 ± 0,45 nm. Analiza potencjału zeta potwierdziła skuteczną modyfikację powierzchni nanocząstek – AuNR wykazywał dodatni potencjał zeta (25,07 ± 0,15 mV), który zmieniał się na ujemny po otoczeniu powłoką krzemionkową (-25,03 ± 0,15 mV), następnie na dodatni po modyfikacji grupami -NH₂ (22,80 ± 0,26 mV) i ponownie na ujemny po pokryciu warstwą polimerową (-27,20 ± 0,62 mV).
Nanocząstki wykazywały doskonałe właściwości fototermalne – pod wpływem lasera NIR (980 nm) temperatura zawiesiny nanocząstek wzrastała proporcjonalnie do stężenia i mocy lasera, osiągając nawet 60,6°C przy stężeniu 1 mg/ml i naświetlaniu przez 300 sekund. Wydajność konwersji fototermalnej wyniosła 26,3%, a nanocząstki zachowały stabilność podczas powtarzających się cykli nagrzewania-chłodzenia. Analiza rozkładu porów wykazała, że nanocząstki posiadały głównie pory o wielkości 2,3 nm i powierzchnię właściwą 308 m²/g, co zapewniało odpowiednią objętość i powierzchnię do efektywnego ładowania leku.
- Opracowano nowy system dostarczania deksametazonu (DEX) do ucha wewnętrznego
- System wykorzystuje nanocząstki złota (AuNRs) z powłoką krzemionkową i modyfikacją saponiną
- Aktywacja systemu następuje poprzez światło bliskiej podczerwieni (NIR)
- Skuteczność uwalniania leku: 76,96% w ciągu 12h po aktywacji światłem (vs 33,43% bez aktywacji)
- System wykazuje wysoką biokompatybilność i brak istotnej cytotoksyczności
Czy badania potwierdzają skuteczność i bezpieczeństwo?
Badania in vitro wykazały, że opracowane nanocząstki są biokompatybilne i nie wykazują istotnej cytotoksyczności w stosunku do komórek HEI-OC1. Saponina w testowanych stężeniach (5-5000 ng/ml) nie wykazywała znaczącej cytotoksyczności po 24 godzinach. Również laser NIR o różnych intensywnościach nie wykazywał toksyczności wobec komórek HEI-OC1. Co ważniejsze, nanocząstki załadowane DEX wykazywały znaczący efekt ochronny przed uszkodzeniami wywołanymi cisplatyną, szczególnie po aktywacji laserem NIR. Profil uwalniania leku pokazał, że naświetlanie NIR znacząco przyspiesza uwalnianie DEX – 76,96% leku zostało uwolnione w ciągu pierwszych 12 godzin po naświetlaniu, w porównaniu do zaledwie 33,43% bez aktywacji laserem. Po 48 godzinach wartości te wynosiły odpowiednio 94,17% i 43%.
W badaniach in vivo na modelu świnki morskiej, zwierzęta otrzymywały różne formulacje poprzez podanie intratympaniczne (IT) przed ekspozycją na cisplatynę. Pomiary odpowiedzi pnia mózgu na bodźce słuchowe (ABR) wykazały, że grupa otrzymująca NPs/DEX + DEX + Laser miała najniższe progi słuchowe (33,33 ± 7,49, 24,58 ± 5,42, 33,33 ± 7,18, 45,83 ± 12,94, 63,75 ± 19,67, i 35,83 ± 7,02 dB SPL przy 4, 8, 16, 24, 32 kHz i kliknięciu), zbliżone do grupy kontrolnej na wszystkich częstotliwościach oprócz 32 kHz. Dla porównania, grupa otrzymująca tylko cisplatynę miała znacznie wyższe progi słuchowe (81,87 ± 14,37, 80,62 ± 18,60, 83,75 ± 14,33, 88,12 ± 10,32, 94,37 ± 1,76, i 81,25 ± 19,22 dB SPL).
Analiza histologiczna wykazała, że grupa NPs/DEX + DEX + Laser miała najniższą utratę komórek rzęskowych zewnętrznych (OHC) i najlepszą ochronę wstążek synaptycznych w regionie komórek rzęskowych wewnętrznych (IHC). Liczba wstążek synaptycznych na IHC była znacząco wyższa w grupie Cis + NPs/DEX + DEX + Laser w porównaniu do grupy Cis na wszystkich zakrętach (4-ty, p < 0,001; 3-ci, p < 0,05; 2-gi, p < 0,001; 1-szy, p < 0,0001).
Badania na modelu zwierzęcym wykazały znaczącą ochronę przed utratą słuchu wywołaną cisplatyną. Grupa otrzymująca pełną terapię (NPs/DEX + DEX + Laser) osiągnęła progi słuchowe zbliżone do grupy kontrolnej na większości częstotliwości, w przeciwieństwie do grupy otrzymującej samą cisplatynę, gdzie progi słuchowe były znacznie wyższe. System zapewnił najlepszą ochronę komórek rzęskowych i wstążek synaptycznych, co potwierdza jego potencjał jako skutecznego rozwiązania dla pacjentów onkologicznych zagrożonych utratą słuchu.
Jakie perspektywy daje nowa strategia terapeutyczna?
Wyniki wskazują, że opracowany nanonośnik działa poprzez synergistyczne połączenie efektu fototermalnego (generowanie ciepła przez AuNRs pod wpływem NIR) oraz właściwości permeabilizujących saponiny, co zwiększa przepuszczalność błony okienka okrągłego (RWM) i umożliwia kontrolowane uwalnianie DEX. Saponina, jako cząsteczka amfifilowa, działa jako wzmacniacz przepuszczalności poprzez usuwanie cholesterolu i fosfolipidów z błony, osłabiając tym samym barierę o strukturze dwuwarstwy lipidowej. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie wystarczającego stężenia terapeutycznego DEX w uchu wewnętrznym, zapewniając skuteczną ochronę przed ototoksycznością cisplatyny.
Badanie to przedstawia obiecującą strategię terapeutyczną dla pacjentów onkologicznych narażonych na utratę słuchu związaną z leczeniem cisplatyną, oferując potencjalne rozwiązanie istotnego problemu klinicznego. System ten można potencjalnie rozszerzyć poprzez połączenie z termoreagującym mikrożelem, takim jak GelMA, aby dalej poprawić jego skuteczność i profil farmakokinetyczny dla różnych form nabytej głuchoty.
Podsumowanie
Naukowcy opracowali innowacyjny system dostarczania deksametazonu (DEX) do ucha wewnętrznego, wykorzystujący nanocząstki złota pokryte mezoporowatą powłoką krzemionkową i modyfikowane saponiną. System ten jest aktywowany światłem bliskiej podczerwieni i wykazuje wysoką skuteczność w ochronie przed utratą słuchu wywołaną cisplatyną (CIHL). Badania laboratoryjne potwierdziły biokompatybilność nanocząstek oraz ich zdolność do kontrolowanego uwalniania leku pod wpływem światła NIR. Testy na modelu zwierzęcym wykazały znaczącą ochronę komórek słuchowych i zachowanie progu słyszenia na poziomie zbliżonym do grupy kontrolnej. Opracowana metoda może stanowić przełomowe rozwiązanie dla pacjentów onkologicznych, u których chemioterapia cisplatyną powoduje uszkodzenia słuchu.
