Останні досягнення в інтраназальній доставці лікарських пептидів
DOI:
https://doi.org/10.15330/jpnubio.11.123-135Ключові слова:
інтраназальна доставка ліків, гематоенцефалічний бар'єр, введення пептидів, нюховий транспорт, підвищення біодоступності ліківАнотація
Лікування нейродегенеративних розладів вимагає доставки ліків у центральну нервову систему. Однак наявність гематоенцефалічного бар'єру (ГЕБ) суттєво обмежує застосування внутрішньовенного та перорального шляхів введення препаратів до мозку. Перспективною, неінвазивною стратегією, що дозволяє обійти ГЕБ і доставити ліки безпосередньо в мозок є інтраназальна доставка. У цьому огляді розглядаються механізми доставки ліків у мозок при введенні через ніс, стратегії покращення та терапевтичні застосування такої доставки, з акцентом на терапевтичні пептиди. Також порівнюються анатомічні відмінності в будові носової порожнини між людьми і модельними тваринами, які використовуються для вивчення ефективності доставки і розглядаються механізми транспортування, включаючи внутрішньоклітинні (аксональні) і позаклітинні (парацелюлярні і трансклітинні) шляхи. Пептидні препарати, схвалені для інтраназального введення, такі як інсулін, ексендин і окситоцин, а також кілька пептидів, що знаходяться на стадії розробки обговорюються більш детально з увагою до впливу амінокислотної послідовності на ефективність доставки. Також, обговорюється нещодавній прогрес у різних стратегіях покращення інтраназальної доставки пептидів, включаючи пегільоване введення, пептиди, що проникають у клітини, та циклодекстрини.
Посилання
AGRAWAL, M., SARAF, S., SARAF, S., ANTIMISIARIS, S. G., CHOUGULE, M. B., SHOYELE, S. A. & ALEXANDER, A. 2018. Nose-to-brain drug delivery: An update on clinical challenges and progress towards approval of anti-Alzheimer drugs. J Control Release, 281, 139-177.
BALIN, B. J., BROADWELL, R. D., SALCMAN, M. & EL-KALLINY, M. 1986. Avenues for entry of peripherally administered protein to the central nervous system in mouse, rat, and squirrel monkey. J Comp Neurol, 251, 260-80.
BANKS, W. A. 2009. Characteristics of compounds that cross the blood-brain barrier. BMC Neurol, 9 Suppl 1, S3.
BANKS, W. A., DURING, M. J. & NIEHOFF, M. L. 2004. Brain uptake of the glucagon-like peptide-1 antagonist exendin(9-39) after intranasal administration. J Pharmacol Exp Ther, 309, 469-75.
BECK, B. & POURIE, G. 2013. Ghrelin, neuropeptide Y, and other feeding-regulatory peptides active in the hippocampus: role in learning and memory. Nutr Rev, 71, 541-61.
BENEDICT, C., HALLSCHMID, M., HATKE, A., SCHULTES, B., FEHM, H. L., BORN, J. & KERN, W. 2004. Intranasal insulin improves memory in humans. Psychoneuroendocrinology, 29, 1326-34.
BORN, J., LANGE, T., KERN, W., MCGREGOR, G. P., BICKEL, U. & FEHM, H. L. 2002. Sniffing neuropeptides: a transnasal approach to the human brain. Nat Neurosci, 5, 514-6.
CHENG, Y. S., CHEN, Z. T., LIAO, T. Y., LIN, C., SHEN, H. C., WANG, Y. H., CHANG, C. W., LIU, R. S., CHEN, R. P. & TU, P. H. 2017. An intranasally delivered peptide drug ameliorates cognitive decline in Alzheimer transgenic mice. EMBO Mol Med, 9, 703-715.
CRAFT, S., BAKER, L. D., MONTINE, T. J., MINOSHIMA, S., WATSON, G. S., CLAXTON, A., ARBUCKLE, M., CALLAGHAN, M., TSAI, E., PLYMATE, S. R., GREEN, P. S., LEVERENZ, J., CROSS, D. & GERTON, B. 2012. Intranasal insulin therapy for Alzheimer disease and amnestic mild cognitive impairment: a pilot clinical trial. Arch Neurol, 69, 29-38.
CROWE, T. P., GREENLEE, M. H. W., KANTHASAMY, A. G. & HSU, W. H. 2018. Mechanism of intranasal drug delivery directly to the brain. Life Sci, 195, 44-52.
CUI, X., CAO, D. Y., WANG, Z. M. & ZHENG, A. P. 2013. Pharmacodynamics and toxicity of vasoactive intestinal peptide for intranasal administration. Pharmazie, 68, 69-74.
DELOBETTE, S., PRIVAT, A. & MAURICE, T. 1997. In vitro aggregation facilities beta-amyloid peptide-(25-35)-induced amnesia in the rat. Eur J Pharmacol, 319, 1-4.
DEROSSI, D., JOLIOT, A. H., CHASSAING, G. & PROCHIANTZ, A. 1994. The third helix of the Antennapedia homeodomain translocates through biological membranes. J Biol Chem, 269, 10444-50.
DHURIA, S. V., HANSON, L. R. & FREY, W. H., 2ND 2009. Intranasal drug targeting of hypocretin-1 (orexin-A) to the central nervous system. J Pharm Sci, 98, 2501-15.
DURING, M. J., CAO, L., ZUZGA, D. S., FRANCIS, J. S., FITZSIMONS, H. L., JIAO, X., BLAND, R. J., KLUGMANN, M., BANKS, W. A., DRUCKER, D. J. & HAILE, C. N. 2003. Glucagon-like peptide-1 receptor is involved in learning and neuroprotection. Nat Med, 9, 1173-9.
ERDO, F., BORS, L. A., FARKAS, D., BAJZA, A. & GIZURARSON, S. 2018. Evaluation of intranasal delivery route of drug administration for brain targeting. Brain Res Bull, 143, 155-170.
FLETCHER, L., KOHLI, S., SPRAGUE, S. M., SCRANTON, R. A., LIPTON, S. A., PARRA, A., JIMENEZ, D. F. & DIGICAYLIOGLU, M. 2009. Intranasal delivery of erythropoietin plus insulin-like growth factor-I for acute neuroprotection in stroke. Laboratory investigation. J Neurosurg, 111, 164-70.
FUJIKI, N., YOSHIDA, Y., RIPLEY, B., MIGNOT, E. & NISHINO, S. 2003. Effects of IV and ICV hypocretin-1 (orexin A) in hypocretin receptor-2 gene mutated narcoleptic dogs and IV hypocretin-1 replacement therapy in a hypocretin-ligand-deficient narcoleptic dog. Sleep, 26, 953-9.
GALBUSERA, A., DE FELICE, A., GIRARDI, S., BASSETTO, G., MASCHIETTO, M., NISHIMORI, K., CHINI, B., PAPALEO, F., VASSANELLI, S. & GOZZI, A. 2017. Intranasal Oxytocin and Vasopressin Modulate Divergent Brainwide Functional Substrates. Neuropsychopharmacology, 42, 1420-1434.
GEDULIN, B. R., SMITH, P. A., JODKA, C. M., CHEN, K., BHAVSAR, S., NIELSEN, L. L., PARKES, D. G. & YOUNG, A. A. 2008. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of exenatide following alternate routes of administration. Int J Pharm, 356, 231-8.
GOLOLOBOV, G., NODA, Y., SHERMAN, S., RUBINSTEIN, I., BARANOWSKA-KORTYLEWICZ, J. & PAUL, S. 1998. Stabilization of vasoactive intestinal peptide by lipids. J Pharmacol Exp Ther, 285, 753-8.
GOZES, I., BARDEA, A., RESHEF, A., ZAMOSTIANO, R., ZHUKOVSKY, S., RUBINRAUT, S., FRIDKIN, M. & BRENNEMAN, D. E. 1996. Neuroprotective strategy for Alzheimer disease: intranasal administration of a fatty neuropeptide. Proc Natl Acad Sci U S A, 93, 427-32.
HAGAN, J. J., LESLIE, R. A., PATEL, S., EVANS, M. L., WATTAM, T. A., HOLMES, S., BENHAM, C. D., TAYLOR, S. G., ROUTLEDGE, C., HEMMATI, P., MUNTON, R. P., ASHMEADE, T. E., SHAH, A. S., HATCHER, J. P., HATCHER, P. D., JONES, D. N., SMITH, M. I., PIPER, D. C., HUNTER, A. J., PORTER, R. A. & UPTON, N. 1999. Orexin A activates locus coeruleus cell firing and increases arousal in the rat. Proc Natl Acad Sci U S A, 96, 10911-6.
HARDY, J. & SELKOE, D. J. 2002. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science, 297, 353-6.
HARKEMA, J. R., CAREY, S. A. & WAGNER, J. G. 2006. The nose revisited: a brief review of the comparative structure, function, and toxicologic pathology of the nasal epithelium. Toxicol Pathol, 34, 252-69.
HARRIS, J. M. & CHESS, R. B. 2003. Effect of pegylation on pharmaceuticals. Nat Rev Drug Discov, 2, 214-21.
HENKIN, R. I. 2010. Intranasal insulin: from nose to brain. Nutrition, 26, 624-33.
JANSSON, B. & BJORK, E. 2002. Visualization of in vivo olfactory uptake and transfer using fluorescein dextran. J Drug Target, 10, 379-86.
KANDEL, E. R., J.H., S., T.M., J., S.A., S., A.J., H. & S., M. 2014. Smell and Taste: The Chemical Senses. Principles of Neural Science, Fifth Edition. New York, NY: McGraw-Hill Education.
KELLER, L. A., MERKEL, O. & POPP, A. 2022. Intranasal drug delivery: opportunities and toxicologic challenges during drug development. Drug Deliv Transl Res, 12, 735-757.
KHAFAGY EL, S., MORISHITA, M., ISOWA, K., IMAI, J. & TAKAYAMA, K. 2009. Effect of cell-penetrating peptides on the nasal absorption of insulin. J Control Release, 133, 103-8.
KHAFAGY , S., MORISHITA, M. & TAKAYAMA, K. 2010. The role of intermolecular interactions with penetratin and its analogue on the enhancement of absorption of nasal therapeutic peptides. Int J Pharm, 388, 209-12.
KHAWLI, L. A. & PRABHU, S. 2013. Drug delivery across the blood-brain barrier. Mol Pharm, 10, 1471-2.
KIM, T. H., PARK, C. W., KIM, H. Y., CHI, M. H., LEE, S. K., SONG, Y. M., JIANG, H. H., LIM, S. M., YOUN, Y. S. & LEE, K. C. 2012. Low molecular weight (1 kDa) polyethylene glycol conjugation markedly enhances the hypoglycemic effects of intranasally administered exendin-4 in type 2 diabetic db/db mice. Biol Pharm Bull, 35, 1076-83.
LEE, K. C., PARK, M. O., NA, D. H., YOUN, Y. S., LEE, S. D., YOO, S. D., LEE, H. S. & DELUCA, P. P. 2003. Intranasal delivery of PEGylated salmon calcitonins: hypocalcemic effects in rats. Calcif Tissue Int, 73, 545-9.
LOCHHEAD, J. J., KELLOHEN, K. L., RONALDSON, P. T. & DAVIS, T. P. 2019. Distribution of insulin in trigeminal nerve and brain after intranasal administration. Sci Rep, 9, 2621.
LOCHHEAD, J. J. & THORNE, R. G. 2012. Intranasal delivery of biologics to the central nervous system. Adv Drug Deliv Rev, 64, 614-28.
LOCHHEAD, J. J., WOLAK, D. J., PIZZO, M. E. & THORNE, R. G. 2015. Rapid transport within cerebral perivascular spaces underlies widespread tracer distribution in the brain after intranasal administration. J Cereb Blood Flow Metab, 35, 371-81.
LUO, D., NI, X., YANG, H., FENG, L., CHEN, Z. & BAI, L. 2024. A comprehensive review of advanced nasal delivery: Specially insulin and calcitonin. Eur J Pharm Sci, 192, 106630.
MEREDITH, M. E., SALAMEH, T. S. & BANKS, W. A. 2015. Intranasal Delivery of Proteins and Peptides in the Treatment of Neurodegenerative Diseases. AAPS J, 17, 780-7.
MERKUS, F. W., VERHOEF, J. C., MARTTIN, E., ROMEIJN, S. G., VAN DER KUY, P. H., HERMENS, W. A. & SCHIPPER, N. G. 1999. Cyclodextrins in nasal drug delivery. Adv Drug Deliv Rev, 36, 41-57.
MERKUS, F. W., VERHOEF, J. C., ROMEIJN, S. G. & SCHIPPER, N. G. 1991. Absorption enhancing effect of cyclodextrins on intranasally administered insulin in rats. Pharm Res, 8, 588-92.
MEYER-LINDENBERG, A., DOMES, G., KIRSCH, P. & HEINRICHS, M. 2011. Oxytocin and vasopressin in the human brain: social neuropeptides for translational medicine. Nat Rev Neurosci, 12, 524-38.
MITCHELL, D. J., KIM, D. T., STEINMAN, L., FATHMAN, C. G. & ROTHBARD, J. B. 2000. Polyarginine enters cells more efficiently than other polycationic homopolymers. J Pept Res, 56, 318-25.
MOREIRA BRITO, J. C., CARVALHO, L. R., NEVES DE SOUZA, A., CARNEIRO, G., MAGALHAES, P. P., FARIAS, L. M., GUIMARAES, N. R., VERLY, R. M., RESENDE, J. M. & ELENA DE LIMA, M. 2022. PEGylation of the antimicrobial peptide LyeTx I-b maintains structure-related biological properties and improves selectivity. Front Mol Biosci, 9, 1001508.
MORISHITA, M., KAMEI, N., EHARA, J., ISOWA, K. & TAKAYAMA, K. 2007. A novel approach using functional peptides for efficient intestinal absorption of insulin. J Control Release, 118, 177-84.
NOGUCHI, C. T., ASAVARITIKRAI, P., TENG, R. & JIA, Y. 2007. Role of erythropoietin in the brain. Crit Rev Oncol Hematol, 64, 159-71.
NONAKA, N., FARR, S. A., KAGEYAMA, H., SHIODA, S. & BANKS, W. A. 2008. Delivery of galanin-like peptide to the brain: targeting with intranasal delivery and cyclodextrins. J Pharmacol Exp Ther, 325, 513-9.
OTT, V., FINLAYSON, G., LEHNERT, H., HEITMANN, B., HEINRICHS, M., BORN, J. & HALLSCHMID, M. 2013. Oxytocin reduces reward-driven food intake in humans. Diabetes, 62, 3418-25.
OZSOY, Y., GUNGOR, S. & CEVHER, E. 2009. Nasal delivery of high molecular weight drugs. Molecules, 14, 3754-79.
PALDE, C., BAROT, T., CHAKRABORTHY, G. S. & PATEL, L. D. 2024. PEPTIDE DELIVERY VIA NASAL ROUTE: EXPLORING RECENT DEVELOPMENTS AND APPROACHES. International Journal of Applied Pharmaceutics, 16, 46-56.
PONTIROLI, A. E., ALBERETTO, M., CALDERARA, A., PAJETTA, E. & POZZA, G. 1989. Nasal administration of glucagon and human calcitonin to healthy subjects: a comparison of powders and spray solutions and of different enhancing agents. Eur J Clin Pharmacol, 37, 427-30.
RENNER, D. B., SVITAK, A. L., GALLUS, N. J., ERICSON, M. E., FREY, W. H., 2ND & HANSON, L. R. 2012. Intranasal delivery of insulin via the olfactory nerve pathway. J Pharm Pharmacol, 64, 1709-14.
REZNIK, G. K. 1990. Comparative anatomy, physiology, and function of the upper respiratory tract. Environ Health Perspect, 85, 171-6.
SCHAEFER, M. L., BOTTGER, B., SILVER, W. L. & FINGER, T. E. 2002. Trigeminal collaterals in the nasal epithelium and olfactory bulb: a potential route for direct modulation of olfactory information by trigeminal stimuli. J Comp Neurol, 444, 221-6.
SCHIPPER, N. G., ROMEIJN, S. G., VERHOEF, J. C. & MERKUS, F. W. 1993. Nasal insulin delivery with dimethyl-beta-cyclodextrin as an absorption enhancer in rabbits: powder more effective than liquid formulations. Pharm Res, 10, 682-6.
SCHIPPER, N. G., VERHOEF, J. C., ROMEIJN, S. G. & MERKUS, F. W. 1995. Methylated beta-cyclodextrins are able to improve the nasal absorption of salmon calcitonin. Calcif Tissue Int, 56, 280-2.
SEMPLE, B. D., BLOMGREN, K., GIMLIN, K., FERRIERO, D. M. & NOBLE-HAEUSSLEIN, L. J. 2013. Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species. Prog Neurobiol, 106-107, 1-16.
SHIBA, K., KAGEYAMA, H., TAKENOYA, F. & SHIODA, S. 2010. Galanin-like peptide and the regulation of feeding behavior and energy metabolism. FEBS J, 277, 5006-13.
SNYDER, E. L. & DOWDY, S. F. 2004. Cell penetrating peptides in drug delivery. Pharm Res, 21, 389-93.
SPETTER, M. S. & HALLSCHMID, M. 2015. Intranasal Neuropeptide Administration To Target the Human Brain in Health and Disease. Mol Pharm, 12, 2767-80.
TALBOT, K., WANG, H. Y., KAZI, H., HAN, L. Y., BAKSHI, K. P., STUCKY, A., FUINO, R. L., KAWAGUCHI, K. R., SAMOYEDNY, A. J., WILSON, R. S., ARVANITAKIS, Z., SCHNEIDER, J. A., WOLF, B. A., BENNETT, D. A., TROJANOWSKI, J. Q. & ARNOLD, S. E. 2012. Demonstrated brain insulin resistance in Alzheimer's disease patients is associated with IGF-1 resistance, IRS-1 dysregulation, and cognitive decline. J Clin Invest, 122, 1316-38.
THORNE, R. G., PRONK, G. J., PADMANABHAN, V. & FREY, W. H., 2ND 2004. Delivery of insulin-like growth factor-I to the rat brain and spinal cord along olfactory and trigeminal pathways following intranasal administration. Neuroscience, 127, 481-96.
UENO, H., MIZUTA, M., SHIIYA, T., TSUCHIMOCHI, W., NOMA, K., NAKASHIMA, N., FUJIHARA, M. & NAKAZATO, M. 2014. Exploratory trial of intranasal administration of glucagon-like peptide-1 in Japanese patients with type 2 diabetes. Diabetes Care, 37, 2024-7.
VERONESE, F. M. & PASUT, G. 2005. PEGylation, successful approach to drug delivery. Drug Discov Today, 10, 1451-8.
VIVES, E., BRODIN, P. & LEBLEU, B. 1997. A truncated HIV-1 Tat protein basic domain rapidly translocates through the plasma membrane and accumulates in the cell nucleus. J Biol Chem, 272, 16010-7.
WATANABE, Y., MATSUMOTO, Y., KAWAMOTO, K., YAZAWA, S. & MATSUMOTO, M. 1992. Enhancing effect of cyclodextrins on nasal absorption of insulin and its duration in rabbits. Chem Pharm Bull (Tokyo), 40, 3100-4.
ZHANG, H., WU, C., CHEN, Q., CHEN, X., XU, Z., WU, J. & CAI, D. 2013. Treatment of obesity and diabetes using oxytocin or analogs in patients and mouse models. PLoS One, 8, e61477.
