wykład 8 - biofizyka.p.lodz.plbiofizyka.p.lodz.pl/prezentacje/biogospodarka8.pdf · puragen ha...

INZYNIERIAMATERIALOWAPLKierunek Wyróżniony przez PKA

Wykład 8

Prowadzący: Krzysztof Makowski

Podstawy biogospodarki

INZYNIERIAMATERIALOWAPL

„ Nothing from the lab ever reaches a patientunless it is commercialized”-Glenn D. Prestwich, Dep. of Medicinal

Chemistry and Center for Therapeutic Biomaterials, University of Utah, USA

2

Biotechnologiczne polimery – kwas hialuronowy


Popyt na HA do roku 2020 w USA

3

W 2005 r. określono rynek HA na 1,5 mld $ z tendencją wzrostową

w kolejnych latach

• W latach 2000-2010 liczba osób z chorobami stawów wzrosła z 15 do 19 mln.

• Do 2020 r. liczba osób powyżej 65. roku życia wzrośnie z 35 mln w 2000 do 71 mln.Kwas hialuronowy 40 000-60 000 $/kg


liniowy polimer zaliczany do

glukozaminoglikanów (GAG) zbudowany z

naprzemiennie ułożonych jednostek

monocukrowych: kwasu glukuronowego i

N-acetyloglukozaminy

Masa od 102 do 107 Da

Wygląd: biały proszek

Toksyczność:

• Drażniący- NIE

• Cytotoksyczność- NIE

• Fototoksyczność- NIE

• Mutagenny- NIE

Struktura i właściwości kwasu hialuronowego

4

Wiąże wodę w ilości 1000-krotnieprzekraczającej masę cząsteczki

Jest zmiataczem wolnych rodników

INZYNIERIAMATERIALOWAPL5

Rola HA w organizmie

Strukturalna:

•Współtworzy macierz zewnątrzkomórkową (ang. ExtraCellular

Matrix)

•Funkcjonalna:

•Reguluje angiogenezę (zarówno ją wspomaga, jak i hamuje)

•Wpływ na migrację komórek

•Wpływ na przerzuty nowotwrów

•Wpływ na embriogenezę

•Wpływ na gojenie ran


Zawartość HA w tkankach

Tkanka Stężenie [µg/ml]

Grzebień koguci 7500

Ludzka pępowina 4100

Płyn maziowy 1400-3600

Chrząstki nosa bydła 1200

Ciałko szkliste 140-340

Skóra właściwa 200-500

Naskórek 100

Mózg królika 65

Serce królika 27

Mocz 0,1-0,3

Surowica 0,01-0,1

6


Liczba publikacji z frazą „kwas hialuronowy”-baza danych PUBMED

309

774

1467

2454

3758

5543

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7


• Izolacja z tkanek zwierzęcych:

– Grzebienie kogutów

– Gałki oczne bydła

Metody pozyskiwania kwasu hialuronowego

Metody biotechnologiczne:

◦ Z wykorzystaniem szczepów Streptococcus, np. zooepidemicus

(OGRODOWSKI I IN., 2005; KRAHULEC I IN. 2006),

◦ Z wykorzystaniem szczepów modyfikowanych Bacillus (WIDNER I IN., 2005)

8

Typ hemolizy szczepów

Streptococcus


Izolacja szczepu do produkcji HA

WYDAJNOŚĆ BIOSYNTEZY od 100 mg/l do ponad 6 g/l

9


HA w kosmetyce


Jedna z najsilniejszych znanych neurotoksyn.

Dawka śmiertelna dla człowieka oceniana jest na:

• 1,3–2 ng/kg, dożylnie

• 10–13 ng/kg, inhalacja

• 1 μg/kg, doustnie[1]

W latach 2003 - 2005 odnotowano 1 437 przypadków ciężkich zachorowań i zgonów

po wstrzyknięciach botoxu (ELSNER, 2008).

BOTOX

11


BOTOX

12


HA jako alternatywa dla botoxu

Hydratowane mikrosfery hialuronowe

13


Mikrosfery hialuronowe

14

Woda ze skóry paruje w

procesie transepidermalnej

utraty wody

(ang. TransEpidermal Water

Loss)

Po aplikacji Hyaluronic Fill ing

Spheres wnikają one d o skóry,

pęcznieją i „wysadzają” skórę

wypełniając zmarszczki i l inie.

Sfery do pęcznienia wykorzystują

wodę parującą ze skóry w wyniku

TEWL, zapobiegając jej utracie z

ustroju.


HA w aplikacjach kosmetycznych

15



16


Aplikacja HA w medycynie i farmacji


HA w leczeniu rogowacenia słonecznego(AK- Actinic Keratoses) (BROWN I IN., 2005)

Skóra, łuskowata, rogowaciejąca

Występuje na czole, przedramionach,

ramionach osób eksponowanych na

promieniowanie słoneczne

Jego następstwem jest często rak

płaskokomórkowy (ang. Squamous cell

carcinoma)

19


Część ciała Czaszka Czoło Twarz Ramię/

przedramięWierzch

dłoni

Diclofenac8/22

(36%)

43/109 (39%)

26/55

(47%)

9/21

(43%)

9/50

(18%)

Substancja nośna

3/24

(13%)

21/111 (19%)

11/56

(20%)

4/20

(20%)

5/48

(10%)

Leczenie AK żelem z 3 % Diclofenakiem i 2,5 %HA

Porównanie całkowitego wyleczenia AK (Actinic Keratosis) z wykorzystaniem 3 %

Diclofenacu z 2,5 % HA i samej substancji nośnej – leczenie 90 dni.Del Rosso i in., 2003,

Rivers i in. 1997, Wolf i in. 2001.

20


Wpływ zastosowanego polisacharydu na dostarczenie Diclofenacu do skóry

HA- kwas hiauronowy,

CS- siarczan chondroityny,

CMC- sól sodowa

karboksymetylocelulozy

21


Iniekcje HA w zapaleniu kostno-stawowym

22


Wpływ na chrząstkęZależność od

masy HALiteratura

Hamuje degeneracje TakShimizu i in., 1998

Listrat i in., 1997

Zapobiega niszczeniu Brak danych Ghosh i in., 1995

Zapobiega niszczeniu, utrzymuje prawidłową

morfologięBrak danych Schiavinato i in., 1989

Utrzymuje prawidłową strukturę histologiczną

chrząstki i gładkośćTak

Yoshimi i in. 1994

Sakakibara i in., 1994

Fu i in., 2001

Zapewnia odpowiednią strukturę zewnętrznej

warstwy chrząstki,

wpływa na morfologię i grubość błony torebki

stawowej i zapobiega stanom zapalnym

Brak danychFrizziero i in., 1998

Ronchetti i in., 2001

Wpływ HA na chrząstki

23


Poprawia strukturę zewnętrznej warstwy

chrząstki, zwiększa gęstość chondrocytów

(HA lepszy od metylprodnizolonu), poprawia

morfologię chondrocytów

Brak danych Guidolin i in., 2001

Zapobiega przed niszczeniem chrząstki,

poprawia jej gładkość, jednorodność i wpływa

na poprawę grubości

Brak danychYoshioka i in., 1997

Shimizu i in. 1998

Utrzymuje gładkość chrząstki, zapobiega

powstawaniu w jej strukturze, nierówności,

pęknięć i szczelin

Brak danych Wenz i in., 2000

Wspomaga regenerację łękotki, zapobiega

niszczeniu chrząstkiBrak danych Kobayashi i in. 2000

Łagodzi przebieg infekcji Brak danych Marshall i in., 2000

Przyspiesza migrację komórek błony

maziowej, wspomaga migrację chondrocytów

w hodowli z zasadowym czynnikiem wzrostu

fibroblastów ( bFGF)

Brak danych Maniwa i in., 2001

Wpływ HA na chrząstki- c.d.

24


• Krótki czas półtrwania

– Krew- 2-5 minut

– Skóra- 12 h

– Chrząstka- 1-3 tygodni

– Ciało szkliste oka- 70 dni

• Wysoka cena

Wady kwasu hialuronowego

25


Modyfikacje kwasu hialuronowego

Cel:

• Wydłużenie czasu półtrwania w organizmie

• Uzyskanie nowych fizykochemicznych cech


Wstrzykiwane mikrocząstki nie oparte na HA

Nazwa handlowa Materiał Producent

Wypełniacze nie oparte na kwasie hialuronowym

Polytef Politetrafluoroetylen

Bioplastique Polidimetylosiloksan, poliwinylpirolidon Bioplasty, St. Paul, MN

Artecoll, Artefill Polimetylmetakrylan Artes Medical, Inc

Evolution Mikrosfery poliwinylu ProCytech SA

New fill Kwas polimlekowy Sanofi-Aventis

Reviderm Obojętny dekstran Rofil Medical

Nederland B.V.

Deflux Dekstran z ładunkiem

Amazingel polyacrylamide gel, BFGF and EGF Reyoungel Technology

Development ltd.

Aquamid polyacrylamide gel, Contura International A/S


Bio-Alcamid/ BioAlcamid poliakrylamid Polymekon

Biopolimero Olej silikonowy

Metacrill PMMA

Outline Mikrosfery poliwinylu w żelu

hydroksycelulozowym

ProCytech

Profill/ Profil polyoxyethylene, polyoxypropylene,

mineral salts, amino acids and vitamins

Radiesse calcium hydroxylapatite-based BioForm Medical, Inc.

Arte Sense PMMA Aap bio implants

Silikon 1000 silikon Alcon Laboratories, Inc.

CosmoDerm/ CosmoPlast Oczyszczony ludzki kolagen Allergan

Sculptra PLLA SAnofi-Aventis

ArteFill PMMA Artes Medical

Radiesse Syntetyczny hydrosyapatyt wapnia BioForm Medical, Inc.

Agriform Żel poliakrylamidowy Bioform

Matridex/ Matridur/ Matrigel DEAE Sephadex BioPolymer GmbH& Co.KG

FG-5017 Ludzki kolagen Fibro Gen, Inc.

Novabel alginian Merz Pharma GmbH& Co.KGaA


Wstrzykiwane mikrocząstki oparte na HA

Mesolis HA/ glicerol Anteis S.A.

Restylane HA stabilizowany BDDE (butanediol

diglycidyl ether)

Medicis, Q-Med AB

Puragen HA Mentor Corporation, Genzyme Corp.

Prevelle Silk HA Mentor Corporation, Genzyme Corp.

Belotero HA Merz Pharma GmbH& Co.KGaA

Dermalive Polimetylmetakrylan, HA Derma-Tech

Amalian HA Nordic Aesthesis (by S&V, Germany)

Revanesse HA Prollenium Medical Technologies, Inc.

Atlean BTCP Ha z fosforanem trójwapniowym Stiefel

Z Fill HA Zimmer MedizinSysteme Germany

Matridex Kwas hialuronowy i dekstran

R-fine HA Aap bio implants

Varioderm HA Adoderm

Captique HA Genzyme

Hylaform HA Genzyme

Juvederm HA Allergan, Inc.


Bioresorbowalny, modyfikowany HA o przedłużonym czasie półtrwania - Macrolane

30

a. Przed iniekcją

b. 3 m-ce po iniekcji

c. 6 m-cy po iniekcji


HA jako materiał do implantów


Rodzaje półsyntetycznych matryc


Leczenie ubytków kości z wykorzystaniem preparatu Extracel


Przykład półsyntetycznej matrycy 3D opartej na HA i żelatynie


Wykorzystanie płynnego implantu sECM w regeneracji ubytku kostno-chrzęstnego (3 m-ce)


Wykorzystanie płynnego implantu sECM w gojeniu ran (6 dni)


Wykorzystanie płynnego implantu sECM zaszczepionymi hepatocytamido regeneracji wątroby


Inne aplikacje HA


Kwas hialuronowy w diagnostyce nowotworów


Mikrosfery HA w kontrolowanym uwalnianiu leków (ESPOSITO I IN., 2005)

43

1,5 % HA 3,0 % HA

CROSS- cromolyn sodium salt METR- metronidazole PRESS- prednisolone

hemisuccinate sodium salt


Wykorzystanie HA w kontrolowanym uwalnianiu leków (BROWN I IN., 2005)

Droga podania Zaleta preparatu z HA Substancja lecznicza

Oczy Przedłużony czas działania leku,

zwiększona przyswajalność

Pilocarpine, tropicamide, timolol, gentimycin, tobramycin, arecaidine

polyesters

Nos Adhezja zwiększająca przyswajalność

lekuXylometazoline, vasopressin, gentamycin

Płuca Poprawia absorpcję i rozpuszczalność Insulina

Pozajelitowo Nośnik leków. Substancja ułatwiająca

pułapkowanie liposomów

Taxol, superoxide dismutase, humanrecombinant insulin-like growth factor,

doxorubicin

Implanty Poprawia rozpuszczalność Insulina

Geny Poprawia rozpuszczalność i działa

osłonowoPlasmid DNA/ monoclonal antibodies


Easyliance


Abbysine 657


Hyadisine


Xanthomonas campestris


Guma ksantanowa


Inne biopolimery


Dziękuję za uwagę

wykład 8 - biofizyka.p.lodz.plbiofizyka.p.lodz.pl/prezentacje/biogospodarka8.pdf · puragen ha...

Documents