Nanoformulacje podwajają biodostępność rywaroksabanu – badanie

Czy nanoformulacja może rozwiązać problem niskiej biodostępności rywaroksabanu?

Rywaroksaban (RXB) – doustny antykoagulant stosowany w profilaktyce zakrzepicy żylnej i zatorowości płucnej – boryka się z istotnym problemem farmakologicznym: niską rozpuszczalnością w wodzie, która ogranicza jego biodostępność do 60% przy dawce 20 mg na czczo. Problem ten dotyczy aż 40% leków słabo rozpuszczalnych dostępnych na rynku. Co więcej, biodostępność RXB jest zależna od dawki – wynosi 90% dla 10 mg i 100% dla 5 mg – oraz od przyjmowania pokarmu przy dawkach 15-20 mg. Ta zmienność wchłaniania prowadzi do niespójnych efektów terapeutycznych i może wpływać na wyniki kliniczne.

Badacze z Uniwersytetu Kairskiego opracowali innowacyjną strategię poprawy biodostępności RXB, wykorzystując nanotechnologię opartą na dwóch platformach: kubosomach z monooleinianu glicerolu (GMO) oraz nanowezikułach z izobutyrylu octanu sacharozy (SAIB). Wyniki badania przedklinicznego, opublikowane w “Saudi Pharmaceutical Journal”, pokazują, że ta strategia może fundamentalnie zmienić farmakokinetykę leku.

Dlaczego niska biodostępność rywaroksabanu stanowi wyzwanie terapeutyczne?

RXB jest lekiem klasy II według Biopharmaceutics Classification System (BCS) – charakteryzuje się niską rozpuszczalnością i wysoką przepuszczalnością przez błony biologiczne. To powoduje, że jego absorpcja w przewodzie pokarmowym jest ograniczona i zależy od wielu czynników: dawki, współpodawania z pokarmem, a także indywidualnych cech pacjenta.

W ostatnich latach zakres stosowania RXB znacząco się rozszerzył – lek jest coraz częściej przepisywany pacjentom z niezastawkowym migotaniem przedsionków (NVAF), osobom otyłym oraz hospitalizowanym z COVID-19, u których ryzyko zakrzepowo-zatorowe jest szczególnie wysokie. U tych grup pacjentów optymalna antykoagulacja jest kluczowa, a zmienność biodostępności może prowadzić do niepowodzeń terapeutycznych.

Dotychczasowe próby poprawy biodostępności RXB obejmowały mikrosfery, liposomy, systemy samoemulgujące, stałe nanocząstki lipidowe, kokryształy, formulacje o przedłużonym uwalnianiu oraz dyspersje stałe. Każde z tych rozwiązań ma swoje zalety i wady, co wskazuje na potrzebę dalszych badań nad optymalną strategią formulacji.

Jak opracowano i testowano nanoformulacje rywaroksabanu?

Badacze wykorzystali zmodyfikowaną technikę dyspersji topienia do stworzenia kubosomów (z GMO) oraz nanowezikuł opartych na SAIB (SBN). Proces polegał na stopieniu GMO lub SAIB w 70°C, dodaniu RXB i poloksomeru 407 (P407 – stabilizatora), a następnie powolnym wprowadzeniu mieszaniny do wody destylowanej przy mieszaniu 1000 rpm. Po schłodzeniu dyspersje poddawano ultrasonifikacji przez 15 minut.

Przygotowano sześć wariantów formulacji (F1-F6) o różnych proporcjach składników. Następnie oceniano ich właściwości fizykochemiczne:

• Wielkość cząstek (PS) – zakres od 111,7 nm (F3) do 512,3 nm (F4)
• Indeks polidyspersji (PDI) – od 0,190 (F3) do 0,737 (F4)
• Potencjał zeta (ZP) – od -24,99 mV (F3) do -3,58 mV (F4)
• Wydajność enkapsulacji (EE) – od 55,20% (F4) do 80,36% (F3)

Najlepsze formulacje (F3 dla kubosomów, F6 dla SBN) poddano liofilizacji z mannitolem jako krioprotektorem w stężeniach 2,5%, 5% i 10% w/v. Wybrano preparaty L4 (kubosom z 10% mannitolem) i L8 (SBN z 10% mannitolem) do dalszych badań.

Badanie farmakokinetyczne przeprowadzono na 6 samcach królików (2-3 kg), którym podawano doustnie 1,55 mg/kg RXB w postaci L4, L8 lub rozdrobnionych tabletek Xarelto® (preparat referencyjny). Próbki krwi pobierano w odstępach od 0,25 do 24 godzin po podaniu i analizowano metodą HPLC.

Jakie właściwości wykazały optymalne nanoformulacje?

Analiza wykazała, że zwiększenie stężenia GMO prowadzi do zmniejszenia wielkości cząstek, PDI i ZP (p<0,05), jednocześnie zwiększając wydajność enkapsulacji i wydajność procesu. Podobnie wzrost stężenia SAIB powodował redukcję PS i PDI przy jednoczesnym wzroście EE.

Wybrane formulacje charakteryzowały się:

• L4 (kubosom): PS = 105,43 ±10,97 nm, PDI = 0,16 ±0,02, ZP = -25,32 ±2,04 mV, EE = 89,97 ±3,12%
• L8 (SBN): PS = 113,8 ±12,4 nm, PDI = 0,171 ±0,02, ZP = -5,817 ±1,29 mV, EE = 88,56 ±5,20%

Badania FTIR potwierdziły obecność wszystkich grup funkcyjnych składników w preparatach końcowych, bez oznak niekorzystnych interakcji chemicznych. Analiza DSC wykazała obecność szerokiego piku endotermicznego przy 60°C w L4 i L8, wskazującego na mieszaninę faz stałej i ciekłej. Dyfrakcja rentgenowska (PXRD) ujawniła, że L4 ma strukturę amorficzną, podczas gdy L8 wykazuje strukturę wysoce amorficzną – korzystną dla zwiększenia rozpuszczalności leku.

Czy nanoformulacje poprawiają uwalnianie leku in vitro?

Test rozpuszczania wykazał, że L4 i L8 istotnie zwiększają szybkość uwalniania RXB w porównaniu z Xarelto® (p<0,05). Poprawa ta wynika z enkapsulacji RXB w nanocząstki, które mają większą powierzchnię właściwą i lepiej oddziałują z medium rozpuszczającym. Mały rozmiar cząstek dodatkowo redukuje siły międzycząsteczkowe między molekułami leku.

Spośród trzech preparatów L4 wykazywała najlepszy profil rozpuszczania – stałą i spójną szybkość uwalniania leku przez cały czas trwania testu. L8 miała nieznacznie wolniejsze uwalnianie, ale wciąż znacząco przewyższała preparat referencyjny.

Po podaniu doustnym L4 i L8 wchodzą w interakcję z płynami przewodu pokarmowego, co prowadzi do zwiększenia rozpuszczalności dzięki małemu rozmiarowi cząstek. To z kolei przekłada się na lepszą biodostępność i potencjalnie lepsze efekty terapeutyczne.

Jak nanoformulacje wpływają na biodostępność rywaroksabanu?

Badanie farmakokinetyczne na królikach dostarczyło najbardziej przekonujących dowodów przewagi nanoformulacji. Parametry farmakokinetyczne wykazały dramatyczną poprawę biodostępności:

• AUC (pole pod krzywą): L4 = 4227,5 ±168,5 ng·h/mL, L8 = 3611,3 ±157,9 ng·h/mL, Xarelto® = 2117,0 ±78,3 ng·h/mL
• Cmax (maksymalne stężenie): L4 = 561,6 ±39,55 ng/mL, L8 = 481,38 ±43,5 ng/mL, Xarelto® = 241,35 ±21,0 ng/mL
• Tmax (czas osiągnięcia Cmax): L4 = 2,01 ±0,21 h, L8 = 2,14 ±0,33 h, Xarelto® = 1,48 ±0,19 h
• T½ (okres półtrwania): L4 = 4,31 ±2,11 h, L8 = 4,45 ±3,23 h, Xarelto® = 8,07 ±6,19 h

Test ANOVA potwierdził istotne statystycznie różnice między wartościami AUC i Cmax dla L4, L8 i Xarelto® (p<0,05), podczas gdy różnice w Tmax i T½ nie były istotne statystycznie.

Wyniki te wskazują, że L4 i L8 mają znacząco lepszą biodostępność niż Xarelto® – AUC dla L4 jest około dwukrotnie wyższa niż dla preparatu referencyjnego. Wyższe stężenie maksymalne (Cmax) sugeruje lepszą absorpcję początkową, co może być kluczowe w sytuacjach wymagających szybkiego działania antykoagulacyjnego.

Dlaczego nanocząstki tak skutecznie poprawiają biodostępność?

Mechanizm poprawy biodostępności RXB w nanoformulacjach jest wieloczynnikowy:

Zwiększona powierzchnia właściwa – nanocząstki o średnicy ~110 nm mają ogromną powierzchnię kontaktu z płynami przewodu pokarmowego, co przyspiesza rozpuszczanie. W przypadku substancji słabo rozpuszczalnych szybkość rozpuszczania jest często czynnikiem limitującym wchłanianie.

Redukcja sił międzycząsteczkowych – w małych cząstkach słabsze są wiązania między molekułami leku, co ułatwia ich przejście do roztworu. Amorficzna struktura L4 i L8 (potwierdzona w PXRD) dodatkowo sprzyja rozpuszczaniu – leki w postaci amorficznej mają wyższą energię swobodną niż krystaliczne i szybciej się rozpuszczają.

Właściwości mukoadhezyjne – zarówno SAIB, jak i GMO wykazują adhezję do błony śluzowej jelit, co wydłuża czas kontaktu leku z powierzchnią wchłaniania i może zwiększać jego pobieranie przez enterocyty.

Stabilizacja przez poloksomer 407 – ten niejonowy surfaktant zapobiega agregacji nanocząstek i może dodatkowo ułatwiać transport przez błonę jelitową poprzez modulację płynności lipidów błonowych.

Co nanoformulacje rywaroksabanu mogą zmienić w praktyce klinicznej?

Podwojenie biodostępności RXB dzięki nanoformulacji ma potencjalne znaczenie kliniczne w kilku obszarach:

Redukcja dawkowania – wyższa biodostępność może pozwolić na zmniejszenie dawki leku przy zachowaniu pożądanego efektu antykoagulacyjnego. To z kolei może zmniejszyć ryzyko powikłań krwotocznych, które są głównym problemem bezpieczeństwa wszystkich antykoagulantów.

Spójniejsze działanie – lepsza i bardziej przewidywalna absorpcja może ograniczyć zmienność międzyosobniczą odpowiedzi na lek, która jest szczególnie problematyczna u pacjentów otyłych lub z zaburzeniami wchłaniania.

Niezależność od pokarmu – standardowy RXB w dawce 15-20 mg powinien być przyjmowany z posiłkiem dla optymalnej absorpcji. Nanoformulacje mogą potencjalnie eliminować tę zależność, co zwiększyłoby wygodę stosowania i przestrzeganie zaleceń przez pacjentów.

Nowe populacje pacjentów – pacjenci z COVID-19, osoby otyłe i chorzy z NVAF często wymagają intensywnej profilaktyki przeciwzakrzepowej. Lepsza biodostępność RXB mogłaby poprawić wyniki leczenia w tych grupach wysokiego ryzyka.

Należy jednak podkreślić, że są to wyniki badania przedklinicznego na królikach. Przed wdrożeniem do praktyki klinicznej konieczne są badania u ludzi, które potwierdzą te obiecujące wyniki i ocenią bezpieczeństwo długoterminowego stosowania nanoformulacji.

Jakie są ograniczenia i wyzwania tego podejścia?

Badanie ma kilka istotnych ograniczeń. Po pierwsze, mała liczba zwierząt (n=6) w badaniu farmakokinetycznym – choć wyniki były statystycznie istotne, większa próba zwiększyłaby ich wiarygodność. Po drugie, brak danych u ludzi – farmakokinetyka u królików może różnić się od tej u pacjentów, zwłaszcza w kontekście metabolizmu pierwszego przejścia i interakcji z mikrobiomem jelitowym.

Z perspektywy wdrożenia klinicznego istnieją dodatkowe wyzwania: skalowalność produkcji – wytwarzanie stabilnych nanoformulacji na skalę przemysłową jest technologicznie wymagające; stabilność długoterminowa – należy potwierdzić, że liofilizowane preparaty zachowują właściwości przez cały okres przydatności do użycia; koszty – zaawansowana technologia może zwiększyć cenę leku.

Autorzy wskazują również, że “dalsze badania są konieczne, aby w pełni zrozumieć korzyści i wady SAIB oraz GMO w formulacji leków”. Potrzebne są szczególnie dane dotyczące bezpieczeństwa długoterminowego oraz badania porównawcze z innymi strategiami poprawy biodostępności RXB.

Czy nanotechnologia zmieni przyszłość terapii przeciwzakrzepowej?

To badanie przedkliniczne dostarcza przekonujących dowodów, że nanoformulacje oparte na SAIB i GMO dramatycznie poprawiają biodostępność rywaroksabanu – podwajając AUC i zwiększając Cmax o ponad 130% w porównaniu z preparatem referencyjnym Xarelto®. Mechanizm działania obejmuje zwiększenie powierzchni właściwej, redukcję krystaliczności leku oraz właściwości mukoadhezyjne nośników. Kluczowe przesłanie tego badania wykracza poza sam rywaroksaban – pokazuje ono potencjał nanotechnologii w farmacji jako uniwersalnej strategii poprawy skuteczności leków słabo rozpuszczalnych, które stanowią 40% wszystkich substancji aktywnych na rynku. Droga od wyników przedklinicznych do zastosowania klinicznego jest jednak długa i wymaga badań u ludzi potwierdzających bezpieczeństwo i skuteczność. Jeśli te wyzwania zostaną pokonane, nanoformulacje RXB mogą rzeczywiście zmienić standard opieki nad pacjentami wymagającymi antykoagulacji – szczególnie tymi z grupy wysokiego ryzyka, u których każdy procent poprawy biodostępności może przekładać się na lepsze wyniki kliniczne.