Wykład 8 - biofizyka.p.lodz.plbiofizyka.p.lodz.pl/prezentacje/Biogospodarka8.pdf · Puragen HA...
Transcript of 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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Liczba publikacji z frazą „kwas hialuronowy”-baza danych PUBMED
309
774
1467
2454
3758
5543
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
• 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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Izolacja szczepu do produkcji HA
WYDAJNOŚĆ BIOSYNTEZY od 100 mg/l do ponad 6 g/l
9
INZYNIERIAMATERIALOWAPL10
HA w kosmetyce
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
BOTOX
12
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
HA jako alternatywa dla botoxu
Hydratowane mikrosfery hialuronowe
13
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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.
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
HA w aplikacjach kosmetycznych
15
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
HA w aplikacjach kosmetycznych
16
INZYNIERIAMATERIALOWAPL17
HA w aplikacjach kosmetycznych
INZYNIERIAMATERIALOWAPL18
Aplikacja HA w medycynie i farmacji
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Wpływ zastosowanego polisacharydu na dostarczenie Diclofenacu do skóry
HA- kwas hiauronowy,
CS- siarczan chondroityny,
CMC- sól sodowa
karboksymetylocelulozy
21
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Iniekcje HA w zapaleniu kostno-stawowym
22
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
• 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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL26
Modyfikacje kwasu hialuronowego
Cel:
• Wydłużenie czasu półtrwania w organizmie
• Uzyskanie nowych fizykochemicznych cech
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL28
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL29
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.
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Bioresorbowalny, modyfikowany HA o przedłużonym czasie półtrwania - Macrolane
30
a. Przed iniekcją
b. 3 m-ce po iniekcji
c. 6 m-cy po iniekcji
INZYNIERIAMATERIALOWAPL31
INZYNIERIAMATERIALOWAPL32
INZYNIERIAMATERIALOWAPL33
HA jako materiał do implantów
INZYNIERIAMATERIALOWAPL34
Rodzaje półsyntetycznych matryc
INZYNIERIAMATERIALOWAPL36
Leczenie ubytków kości z wykorzystaniem preparatu Extracel
INZYNIERIAMATERIALOWAPL37
Przykład półsyntetycznej matrycy 3D opartej na HA i żelatynie
INZYNIERIAMATERIALOWAPL38
Wykorzystanie płynnego implantu sECM w regeneracji ubytku kostno-chrzęstnego (3 m-ce)
INZYNIERIAMATERIALOWAPL39
Wykorzystanie płynnego implantu sECM w gojeniu ran (6 dni)
INZYNIERIAMATERIALOWAPL40
Wykorzystanie płynnego implantu sECM zaszczepionymi hepatocytamido regeneracji wątroby
INZYNIERIAMATERIALOWAPL41
Inne aplikacje HA
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Kwas hialuronowy w diagnostyce nowotworów
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL45
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
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Easyliance
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Easyliance
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Easyliance
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Abbysine 657
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Abbysine 657
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Abbysine 657
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Abbysine 657
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Hyadisine
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Xanthomonas campestris
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Guma ksantanowa
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Inne biopolimery
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Inne biopolimery
INZYNIERIAMATERIALOWAPL
Dziękuję za uwagę