Лекарственные формы инсулина

Ингаляционный инсулин RHIIP по технологии микросфер PROMAXX фирмы Baxter Healthcare только начал проходить клинические испытания. Ингаляционный порошок в этом случае практически полностью состоит из инсулина (на 95%), а образующиеся микросферы имеют очень узкое распределение по размерам. Во время клинических испытаний для ингаляции используют 6,5 мг инсулиновых микросфер. Время действия такого инсулина составляет около 6 ч, максимальная концентрация инсулина достигается через 1,5 ч после вдыхания. Биодоступность RHIIP составляет 12% по отношению к инсулину, вводимому подкожно.

Следует отметить, что недостатком сухих порошковых ингаляторов является гигроскопичность порошка и большая вариабельность среди пациентов.

Совместная разработка фирм Aradigm и Novo Nordisk – технология AERx iDMS – проходит последний этап клинических испытаний. Изобретение представляет собой ингалятор водно-туманного типа, в котором образуются аэрозольные частицы инсулина размером 2 мкм. Эффективность системы оценивается как 50%. Этот инсулин тоже является быстродействующим, максимум его действия достигается через 7-20 мин.

Ещё две разработки, заключающиеся в модификации ингалируемых частиц, на данный момент проходят последнюю стадию клинических испытаний.

Это технология AIR фирм Alkermes/Eli Lilly и технология Technosphere MannKind Corporation. В первом случае частицы размером 10-20 мкм состоят из фосфолипидной биодеградируемой матрицы. Образующиеся частицы легко превращаются в аэрозоль, активируясь дыханием. По технологии Technosphere инсулиновые частицы захватываются производным дикетопиперазина. Образующаяся при этом система в кислых значениях рН самоорганизуется в упорядоченную решёточную структуру. При попадании частиц на альвеолярную поверхность лёгких, имеющую нейтральные значения рН, структура диссоциирует, быстро высвобождая инсулин. Пиковый уровень концентрации инсулина в крови достигается через 12-14 мин, действие инсулина длится около 3 ч.

Несмотря на большой интерес среди учёных и разработчиков, ингаляционный метод доставки инсулина далеко не идеален. К его недостаткам следует отнести короткое время действия, а также сложности при применении у пациентов, страдающих лёгочными заболеваниями, и курильщиков. Известно, что абсорбция ингаляционного инсулина резко увеличивается у курящих людей, но при этом время действия такого инсулина резко сокращается по сравнению с некурящими людьми. Так, по данным работы при одинаковых условиях максимальная концентрация инсулина в крови при ингаляционном введении составляла 72 мк ЕД/мл у курящих людей и лишь 16 мк ЕД/мл у некурящих. [16, стр.255-256]

2.3.5 Пероральный  путь доставки в организм человека

Наиболее естественным способом доставки инсулина является пероральный путь, ведь известно, что все вещества, всасываемые в кровь из пищеварительного тракта, проходят через печень и в ней перерабатываются. В норме секретируемый инсулин из поджелудочной железы попадает в печень через кровеносные сосуды; печень, в свою очередь, контролирует количество инсулина, достигающего другие органы и ткани. Наиболее благоприятным отделом желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) для всасывания лекарственных средств, введённых перорально, является тонкий кишечник, в основном, из-за большой площади поверхности (около 200-500 м2). Инсулин в этом случае абсорбируется через брыжеечную вену, далее через портальную и воротную вены попадает в печень. Таким образом, при пероральном пути доставки возможен контроль секреции инсулина, который отсутствует при инъекционном введении и других альтернативных путях его доставки.

Кроме того, пероральный путь доставки инсулина является самым удобным для пациентов. И, наконец, пероральный метод доставки требует самых простых технологических форм (таблеток или капсул). Однако этот путь требует наиболее сложных и наукоёмких препаратов из-за нестабильности белков в условиях ЖКТ.

Известно, что биодоступность инсулина, введённого перорально, не превышает 1-2%. Связано это со следующими причинами. Во-первых, это денатурация белка при экстремальных значениях рН желудочного сока; во-вторых, расщепление белка под действием протеолитических ферментов тонкого кишечника; и, в-третьих, плохая всасываемость белковых молекул.

Для защиты от денатурации при кислых значениях рН желудочного сока было предложено либо модифицировать инсулин различными соединениями для увеличения стабильности, либо покрывать его рН-чувствительной и другими оболочками, либо включать его в рН-чувствительную матрицу.

Одна из разработок с использованием ковалентной сшивки гормона с низкомолекулярными амфифильными носителями  на данный момент проходит первую стадию клинических испытаний. Это так называемый гексил-инсулин моноконъюгат-2 (HIM2), совместная разработка компаний Nobex Corporation и Biocon. Алкилполиэтиленгликоль присоединён к инсулину через Lys, находящийся в положении В29. Такая модификация позволяет увеличить растворимость инсулина, повысить его стабильность по отношению к действию протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта и при этом сохранить активность. В проведённых клинических исследованиях было показано, что HIM2 понижает и стабилизирует уровень глюкозы в течение 2 ч, при этом действие препарата начинается через 30 мин после приёма.

При создании рН-чувствительных покрытий оболочка должна оставаться стабильной при низких рН, соответствующим рН желудка, и высвобождать инсулин при значениях рН, соответствующих кишечнику. рН желудка натощак 1-3, а после еды 4-5; рН тонкого кишечника 6-8. Такими свойствами, например, обладают полиакриловые покрытия Eudragit L100 и S100. Было показано, что капсулы из Eudragit L100 высвобождают инсулин в двенадцатиперстной и тощей кишках, но также высвобождают часть белка в желудке, а капсулы из Eudragit S100 устойчивы при кислых рН и высвобождают гормон лишь в тонком кишечнике. В исследованиях in vivo на крысах наблюдалось 10 %-ное снижение уровня глюкозы в крови в обоих случаях.

В работах для пероральной доставки инсулина использовали гидрогель на основе полиметакрилата и полиэтиленгликоля, в микросферы которого включали инсулин. Такие гидрогели отличаются быстрым высвобождением инсулина in vitro, обладают мукоадгезивными свойствами, а также способны ингибировать протеолитические ферменты. Было показано, что такой рН-чувствительный гель не набухает при кислых значениях рН желудочного сока и способствует сохранению инсулина; и, напротив, при рН кишечника происходит резкое набухание гидрогеля, приводящее к высвобождению инсулина. В исследованиях in vivo на крысах наблюдалось падение уровня глюкозы, действие инсулина длилось около 8 ч.

В работе  для пероральной доставки белков был впервые применён новый рН-чувствительный гидрогель на основе N,O-карбоксиметилхитозана и альгината, сшитый природным веществом генипином. В исследованиях in vitro было показано, что в течение нескольких часов при рН 1,2 высвобождается только 20% инсулина, а при рН 7,4–80%.

Следующий барьер для абсорбции инсулина – его ферментативная деградация. В ЖКТ присутствует большое количество протеолитических ферментов, способных расщеплять инсулин (пепсины, трипсин, химотрипсин, эластаза, эндопептидазы, катепсин В). В работе приведено весовое соотношение протеаз, выделяющихся в просвет тонкого кишечника после приёма пищи: соотношение трипсина к химотрипсину и к эластазе составляет примерно 20:1:2. Известно, что за сутки при употреблении в пищу от 10 до 100 г белка секретируется около 45 г вышеперечисленных ферментов (суммарно). В работе показано, что за 40 мин свиной инсулин практически полностью разрушается a-химотрипсином при соотношении инсулина к ферменту 170:1, рН 8,0 и 37°С.

Для защиты от воздействия протеолитических ферментов тонкого кишечника – трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и эластазы – японскими исследователями впервые был предложен метод одновременной доставки инсулина с ингибиторами протеиназ. Чаще всего в качестве ингибитора протеиназ используют апротинин и ингибитор трипсина и химотрипсина из сои типа Баумана-Бирка (ББИ). В ряде исследований применяли гликохолат и мезилат и овомукоид, а также совместное введение нескольких ингибиторов, например, апротинина и ББИ.

В работе было показано, что никакой из вышеперечисленных ингибиторов не защищает in vivo полностью инсулин от воздействия протеаз тонкого кишечника. Однако другими авторами было показано, что одновременная доставка инсулина и апротинина способствовала сильному понижению уровня глюкозы в крови. В этой же работе говорится о трудности применения ингибиторов для создания пероральной клинической формы инсулина, так как с учётом большого количества синтезируемого организмом человека трипсина, требуются очень большие количества апротинина.

В работе были использованы инсулиновые микросферы из полиакрилового полимера, которые содержали различные ингибиторы: апротинин, ББИ, трипсиновый ингибитор из соевых бобов и химостатин. На крысах было показано, что in vivo наблюдалось заметное понижение уровня глюкозы в крови в случае использования апротинина и ББИ. В той же работе было установлено, что ингибиторы можно расположить в ряд по убыванию эффективности в понижении уровня глюкозы в крови: апротинин > ББИ > химостатин = трипсиновый ингибитор из сои.

В работе инсулин включали в полиметакрилатные микрочастицы одновременно с куриным или утиным овомукоидом методом соосаждения. In vitro с обоими ингибиторами была продемонстрирована возможность защиты инсулина от воздействия протеолитических ферментов.

Большая часть исследований по увеличению биодоступности инсулина направлена на улучшение его абсорбции через кишечный эпителий. Молекулы инсулина плохо проникают через мембраны эпителиальных клеток кишечника по нескольким причинам, основной из которых является их гидрофильность.

Для увеличения абсорбции инсулина было использовано множество стратегий. В их числе одновременная доставка инсулина с веществами, увеличивающими его абсорбцию, включение инсулина в коллоидные системы доставки (липосомы, эмульсии, полимерные микро- и наносферы).

Среди веществ, увеличивающих абсорбцию инсулина, были использованы детергенты, жирные кислоты, желчные соли и сапонины. Несмотря на реальное увеличение абсорбции инсулина, этот метод непригоден для его пероральной доставки из-за повреждения эпителия и связанной с ним токсичности, поскольку все без исключения вещества, находящиеся в кишечнике, могут проникнуть в кровь, включая токсины и патогенны.

Проведено большое количество исследований по разработке пероральной формы инсулина с его включением в микро- и нанокапсулы и частицы на различной основе. Были получены микро- и наночастицы на основе полифосфазена, декстрана, альгината, хитозана.

В некоторых случаях использование нанокапсул позволяет пролонгировать действие лекарства. В работе  было показано, что адсорбция инсулина на поверхности наночастиц не защищает его от ферментативной деградации, однако включение инсулина внутрь нанокапсул поли (изобутилцианоакрилата) позволяет защитить белок.

В работе на крысах был продемонстрирован пролонгированный гипогликемический эффект перорально введённых инсулин-содержащих микрочастиц на основе фосфата кальция, ПЭГ и казеина в течение 12 ч.

В работе альгинатные микросферы, содержащие инсулин, покрывали  слоем хитозана для защиты инсулина от кислых значений рН желудка и для постепенного высвобождения инсулина при рН кишечника. Размер частиц составил 65-106 нм, и при рН 1,2 инсулин не высвобождался. В работе было показано in vitro, что удаётся пролонгировать высвобождение инсулина (до 24 ч) при его включении в микрочастицы из альгината и хитозана при рН 6,8 и 37°С. При этом те же авторы установили, что никаких значительных изменений во вторичной структуре инсулина при его капсулировании в такие микрочастицы не происходит.

Инсулин-содержащие наночастицы на основе хитозана и триполифосфата натрия размером 340 нм, введённые перорально крысам в дозе 20 ЕД/кг, обеспечили небольшой, но продолжительный (48 ч) гипогликемический эффект. Действие инсулина началось через час после введения. Аналогичные наночастицы в работе при дозе 10 ЕД/кг у крыс позволили достичь гипогликемического эффекта в течение 40 ч, причём частицы размером 350 нм демонстрировали более длительный эффект, чем частицы размером 1000 нм. Для последних длительность действия инсулина составила около 20 ч.

В работе была продемонстрирована in vivo возможность пероральной доставки инсулина при помощи эмульсий вода-масло-вода (W/O/W). Внутренняя водная фаза таких эмульсий содержала инсулин и небольшое количество желатины; органическая часть состояла из лецитина, спэн 80, триацилглицерида; внешняя водная часть состояла из воды и небольшого количества твина-80.

В работе была изучена возможность пероральной доставки инсулина в двойной W/O/W эмульсии, содержавшей триацилглицериды каприловой кислоты и соевое масло. В in vitro модели был продемонстрирован эффект увеличения абсорбции инсулина, включенного в такую эмульсию, монослоем эпителиальных клеток кишечника Caco-2. Однако исследования in vivo не выявили никакого понижения уровня глюкозы в крови крыс.

Включение инсулина в микроэмульсии, содержащие циклодекстрины, позволяет избежать образования олигомеров гормона и тем самым улучшить его транспорт через эпителиальные клетки кишечника. В исследованиях in vitro было показано, что при рН 7,4 инсулин высвобождался из капсул, полученных из эмульсии с гидроксипропилциклодекстрином, в 3 раза медленнее, чем из раствора, содержавшего те же компоненты.

Возможно комбинирование различных стратегий, например, добавление ингибитора протеаз в микроэмульсии с инсулином позволяет увеличить биодоступность последнего. Так, в работе инсулин и апротинин одновременно были включены в микроэмульсии «вода в масле». При дозе 1 ЕД/кг было достигнуто 66%-ное уменьшение уровня глюкозы в крови, такой же эффект наблюдался при введении инсулина подкожно в дозе 0,3 ЕД/кг, то есть биодоступность перорального инсулина составила 33 %.