Nanomedis Liposom untuk Pengiriman Obat Kanker Tertarget: Meningkatkan Efektivitas dan Keamanan

Pendahuluan

Kanker, penyakit di mana sel sehat tubuh keluar dari kondisi normal dan terbagi tanpa kendali, diakui sebagai tantangan medis besar di abad ini. Komplikasi ini disebabkan oleh akumulasi karsinogen lingkungan atau mutasi genetik [1] dan diakui sebagai tantangan medis besar di abad ini. Jutaan orang meninggal setiap tahun karena kanker, dan jumlah pasien baru serta tingkat mortalitas terus meningkat [2]. Menurut laporan Organisasi Kesehatan Dunia (WHO), kanker adalah penyebab kematian kedua di tahun 2018, dan perkiraan menunjukkan bahwa sekitar 9,6 juta orang meninggal karena berbagai kanker pada tahun itu. Pada tahun 2018, sekitar 1 dari 6 kematian disebabkan oleh kanker. Sekitar 70% kematian kanker terjadi di negara berkembang dan berpendapatan rendah. Namun, insidensi dan tingkat fatalitas kanker di negara berkembang juga harus dipertimbangkan [3].

Kemoterapi dengan agen antitumor dikenal sebagai pengobatan penting untuk kanker [4]. Kemoterapi dengan obat bebas terbatas karena kurangnya sensitivitas dan spesifisitas yang tepat. Akibatnya, pembatasan ini telah mencegah pengobatan yang akurat karena efek samping dan menghambat exertion efek antitumor yang cukup [5]. Kemoiimunoterapi, pengobatan kombinasi bersama, juga diusulkan sebagai metode efektif dan menjanjikan untuk terapi kanker, secara spesifik mengobati sel tumor yang resisten terhadap obat konvensional. Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai pengobatan konvensional dan canggih telah ditemukan dan diterapkan untuk mengobati kanker. Sebagai contoh, untuk mengurangi efek samping obat anticancer konvensional, khususnya agen kemoterapi, berbagai nanomedis [6], termasuk nanopartikel viral (VNPs) [7, 8], titik kuantum [9], nanomaterial polimer [10], dan liposom [11] telah diterapkan.

Di antara berbagai nanomedis, liposom sebagai nanopartikel bola (NPs) memiliki struktur tertentu. Kehadiran dua fase air dan organik dalam konstituen liposom memungkinkan penangkapan kedua jenis agen hidrofilik dan hidrofobik dan menciptakan keuntungan yang luar biasa bagi liposom atas banyak nanokarier. Salah satu cara untuk meningkatkan spesifisitas, bioavailabilitas, dan kompatibilitas biologis obat antitumor adalah dengan menangkapnya ke dalam berbagai jenis liposom [5]. Selama dua dekade terakhir, upaya signifikan telah dilakukan untuk mengeksploitasi liposom untuk tujuan terapeutik. Beberapa obat ini, seperti DaunoXome® dan Caelyx®, telah disetujui untuk aplikasi umum dan klinis, sementara yang lain berada di tahap produksi dan persetujuan akhir [12].

Secara umum, ada berbagai jenis liposom terapeutik seperti Imunoliposom dan liposom sensitif pH. Imunoliposom adalah kelompok besar perangkat nanomedis, juga dikenal sebagai sistem pengiriman obat tertarget (DDS), yang telah menunjukkan efek anti-sel ganas yang signifikan dalam studi dan penelitian [13]. Liposom sensitif pH juga dikenal sebagai kelompok liposom polimorfik, di mana struktur dan molekul konstituennya diubah oleh perubahan pH, yang mengakibatkan pelepasan konten obat mereka [14]. Selain itu, liposom, seperti nanomedis lainnya, memiliki potensi untuk digunakan untuk perbaikan dan regenerasi jaringan, citra, dan diagnosis, di samping sistem pengiriman obat. Penggunaan liposom di berbagai aspek menyederhanakan identifikasi, manajemen, dan pengobatan penyakit dan kanker [15].

Dalam artikel ini, ringkasan temuan tentang penemuan dan struktur liposom, berbagai properti liposom, dan obat liposomal untuk pengobatan kanker di pasaran serta pengembangan mereka disajikan. Akhirnya, laporan tentang peluang dan tantangan pemanfaatan nanomedis liposomal akan disimpulkan, yang dapat disoroti sebagai isu krusial yang harus diperhatikan dalam penelitian ilmuwan di masa depan, yang mengarah pada penghapusan pembatasan dan penguatan poin positif.

Teks Utama

Sejarah Ilmiah Liposom: Penemuan dan Definisi

Dibutuhkan waktu sekitar 1950 tahun dari studi awal tentang struktur dan perilaku partikel lipid kecil dalam lingkungan air hingga nanoparticle pengiriman obat berbasis lipid pertama yang disetujui oleh FDA AS. Proses studi perilaku partikel lemak dan lipid di air dimulai dengan observasi pertama oleh Pliny the Elder hampir 2000 tahun yang lalu [16]. Pada akhir abad kesembilan belas, penemuan sel oleh Anthonie Van Hook menimbulkan banyak pertanyaan tentang struktur sel [17]. Kemudian, Gorter dan Grendel menemukan kehadiran lapisan ganda fosfolipid dalam membran sel [18]. Selanjutnya, Singer dan Nicolson kemudian menjelaskan model membran mosaik lapisan ganda untuk menjelaskan perilaku fosfolipid membran sel [19]. Observasi dan hipotesis ilmiah ini menarik perhatian ilmuwan lain terhadap NP yang berasal dari lemak. Pada tahun 1960-an, Alec D. Bangham, yang mempelajari efek lipid, terutama fosfolipid, pada proses pembekuan darah di Babraham Institute [20, 21], secara tidak sengaja mengamati liposom pertama dan terkejut melihat partikel bola spontan terbentuk dalam air [22]. Setelah itu, Gerald Weissmann, seorang pengunjung laboratorium Alec Bangham yang menyadari hasil penelitian Bangham, menyebut Mesofase Smetik yang diamati oleh Alec sebagai "liposom" alih-alih "banghosome" dan mendapatkan Hadiah Nobel [22]. Sejarah ilmiah penemuan liposom dirangkum dalam Gambar 1.

Diagram observasi yang mengarah pada penemuan liposom. Tren historis dan ilmiah dari studi perilaku partikel lemak dan lipid di air dan observasi yang mengarah pada penemuan liposom, bersama dengan gambar ilmuwan yang terlibat dalam peristiwa, Pliny the Elder [23], Anthonie Van Hook [24], Alec D. Bangham [25], dan Gerald Weissmann [26], masing-masing, dari kiri ke kanan

Struktur Apa yang Dikenal sebagai Nanopartikel Liposomal Sekarang Ini?

Ada upaya intens untuk mendefinisikan NP liposomal dan menemukan properti mereka secara wajar. Sekarang ini, liposom didefinisikan sebagai fragmen bola yang terbentuk secara spontan yang terdiri dari membran lapisan ganda lipid dan inti hidrofilik.

Liposom bervariasi ukuran dari sekitar 10 nm hingga 2500 nm (atau 2,5 µm) [15]. Namun, sebagian besar liposom yang diadmin untuk pengiriman obat biasanya berukuran sekitar 50 hingga 450 nm. Tentu saja, liposom dengan dimensi yang jauh lebih besar juga dapat digunakan untuk aplikasi medis [27]. Selain itu, liposom terutama terdiri dari fosfolipid. Fosfolipid adalah jenis lipid yang menariknya serupa dengan trigliserida. Dalam struktur fosfolipid, ada kutub hidrofilik dan dua rantai hidrofobik. Oleh karena itu, fosfolipid dianggap sebagai molekul amfifilik.

Membran liposom dari fosfolipid terutama mencakup fosfatidilkolin (PC), sfoingomielin (SM), fosfatidilserin (PS), dan fosfatidiletanolamin (PE), yang amfifilik dan memiliki kecenderungan kuat untuk membentuk struktur tertentu dalam air [28]. Alasan fisik untuk fenomena ini adalah kehadiran bersama dari kepala hidrofilik (molekul fosfat) dan dua ekor hidrofobik (asam lemak) dalam fosfolipid. Grup fosfat berinteraksi dengan molekul air polar H₂O, sementara ekor hidrofobik melarikan diri dari molekul air dan berinteraksi satu sama lain [29]. Dalam kasus ini, rantai non-polar ditempatkan satu sama lawan dan membentuk lapisan ganda, menciptakan ruang lipofilik di antara mereka. Akibatnya, struktur bagian lipofilik ini dari liposom dapat digunakan untuk menyimpan agen dan material hidrofobik. Selain itu, bagian hidrofilik dari fosfolipid kemudian diarahkan ke arah molekul air melalui gaya molekuler, seperti ikatan hidrogen, Van der Waals, dll., yang muncul di antara mereka. Ini mengarah pada pembentukan area hidrofilik di dalam liposom. Struktur molekul lecitin, sebagai fosfolipid alami yang melimpah dalam kuning telur dan mampu membentuk liposom dalam air dan berbagai wilayah dari sebuah liposom, ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar skematik liposom yang berasal dari lecitin. Wilayah-wilayah berbeda dari liposom, termasuk inti hidrofilik dan lapisan ganda hidrofobik, ditunjukkan. Struktur molekul lecitin, kutub hidrofiliknya, dan rantai hidrofobiknya ditentukan

Selain itu, struktur bola liposom setelah pelarutan dalam air, tergantung pada jenis molekul, suhu medium air, konsentrasi molar, dan kehadiran zat lain, seperti ion, menentukan bentuk akhirnya [30]. Atribut fisik dan kimia predominan dari sebuah liposom adalah properti gabungan dari lipid yang menyusunnya, terutama fosfolipid dan molekul lain yang menyusunnya. Properti ini mencakup permeabilitas, kepadatan muatan permukaan, dan ukuran keseluruhan [31].

Klasifikasi Tipe-tipe Berbeda Liposom

Sejak penemuan liposom, struktur ini selalu digunakan sebagai bagian penting dari penelitian biologis, biofisika, biokimia, atau farmasi.

Saat ini, liposom dapat dikategorikan berdasarkan ukurannya, jumlah lapisan ganda fosfolipidnya, prosedur sintesis, dan mekanisme persiapan. Dari segi ukuran, liposom dapat dibagi menjadi tiga kelompok: kecil, sedang, dan besar. Pertimbangkan jumlah lapisan membran, mereka dapat menjadi vesikel unilamel (ULVs), vesikel oligolamel (OLVs), dan vesikel multilamel (MLVs). Dalam hal ini, ULVs adalah liposom yang terdiri dari satu lapisan ganda fosfolipid berukuran sekitar 50 hingga 250 nm, sementara MLVs jauh lebih besar, sekitar 0,5–1,5 µm, dan mencakup beberapa lapisan ganda membran fosfolipid [32]. Berbagai metode sintesis menyebabkan margin antara kedua kelompok ini. Dari segi aplikasi, ULVs juga memiliki lingkungan hidrofilik yang besar secara internal, yang membuatnya cocok untuk penangkapan obat hidrofilik. Vesikel unilamel kecil (SUVs), seperti ULVs, terdiri dari satu lapisan ganda fosfolipid, tetapi dari segi dimensi, mereka berukuran kurang dari 100 nm [33, 34]. Dari sudut pandang morfologis, OLVs adalah liposom yang terdiri dari dua hingga lima vesikel yang mungkin memiliki ukuran yang sama atau berbeda. Dalam struktur OLVs, vesikel semuanya tertutup dalam satu lapisan ganda fosfolipid besar tanpa berada di dalam satu sama lain. OLVs biasanya berukuran sekitar 0,1–1 µm [33,34,35]. Berbeda dengan ULVs, MLVs tidak ideal untuk pengiriman zat hidrofilik. MLVs sebagian besar digunakan untuk pengiriman agen hidrofobik [36]. Berbagai jenis liposom diilustrasikan dalam Gambar 3.

Klasifikasi liposom berdasarkan berbagai kriteria: a Liposom dibagi menjadi tiga kategori berdasarkan ukuran; b Struktur vesikel unilamel kecil (SUV), sebagai anggota dari vesikel unilamel (ULVs), yang memiliki ukuran kecil yang mencolok

Metode Persiapan Liposom dan Pengembangan Generasi Baru

Berbeda dengan nanopartikel emas sebagai NP keras, liposom adalah NP lunak [37] dan dapat disintesis melalui berbagai metode. Misalnya, MLVs dan ULVs memiliki mekanisme persiapan yang berbeda. Dalam sebagian besar metode ini, pelarut tertentu (seperti kloroform atau metanol, dll.) digunakan untuk melarutkan lipid yang dimaksudkan untuk membentuk membran liposom (dengan rasio molar yang diinginkan) dalam kolong bundar (RBF). Sebagai contoh, gosok tangan adalah prosedur utama untuk sintesis MLVs [38]. Selama prosedur ini, yang juga dikenal sebagai hidrasi film lipid, lipid ditambahkan ke pelarut organik. Kemudian, pelarut diavaporasi dengan alat rotary, dan produk padat dilipholize. Akhirnya, liposom disintesis melalui metode hidrasi dan ekstrusi [39]. Metode lain sintesis liposom termasuk sonikasi, evaporasi fase terbalik, sel tekanan Prancis, pengeringan bekukan, dan ekstrusi membran [38, 40].

Selanjutnya, liposom juga dapat diurutkan dalam kategori berbeda berdasarkan penemuan dan perkembangannya seiring waktu. Liposom generasi pertama biasanya disebut liposom konvensional atau klasik. Masalah, yang diamati saat menggunakan liposom konvensional sebagai NP terapeutik, dengan cepat teridentifikasi in vivo. Masalah yang awal diperiksa adalah pembatasan penangkapan obat ke dalam liposom. Dengan kata lain, banyak obat tidak mampu disimpan di dalam liposom generasi pertama [41]. Seiring dengan keinginan besar untuk menyelidiki struktur dan properti liposom, seperti stabilitas, efikasi terapeutik, dan kemungkinan aplikasi klinis, tantangan-tantangan ini mengarah pada pengembangan liposom generasi kedua dengan mengubah lipid penyusun, muatan permukaan, bobot bersih, dan volume total [42]. Secara tepat, liposom generasi kedua terutama disintesis dengan menambahkan beberapa polimer hidrofilik ke liposom konvensional untuk peningkatan umur simpan mereka dalam cairan tubuh agar menjadi calon yang sesuai untuk sistem pengiriman obat. Jenis liposom ini dapat dibagi menjadi dua kelompok: liposom sirkulasi panjang non-spesifik atau liposom sirkulasi panjang tertarget ligand [43].

Arkeosom, sebagai generasi baru liposom, terdiri dari lipid membran arkea dan analog fosfolipid sintetis. Dalam dekade terakhir, upaya ekstensif dan signifikan telah dilakukan untuk menyelidiki potensi arkeosom untuk digunakan dalam pengiriman obat dan vaksin. Intin inti dari tipe lipid arkea adalah molekul di-etra atau tetra-etra dengan rantai fitanil jenuh yang mengandung sekitar 20 hingga 40 karbon. Rantai karbon ini melekat pada ikatan etra dari karbon sn-2,3 dari glicerol inti yang ditemukan dalam arkeol atau caldarchaeol. Seperti yang disebutkan di atas, partikel ini juga dapat digunakan secara besar-besaran dalam pengiriman obat untuk komplikasi neoplastik, alergi, dan infeksi, serta vaksinasi [44].

Evaluasi Karakteristik Biomaterial dan Properti Fisikokimia Liposom

Seperti yang disebutkan sebelumnya, meskipun kemajuan yang luas dalam ilmu kedokteran, pengobatan beberapa penyakit, terutama kanker, masih menghadapi tantangan yang luar biasa karena agen dan metode terapeutik yang tidak efisien. Menyesuaikan dosis obat yang diuntir untuk mempengaruhi tumor adalah masalah yang menegangkan karena jendela terapeutik yang sempit dari agen anti-kanker. Dengan kata lain, jarak yang sedikit antara dosis terapeutik dan toksik, serta sensitivitas dan spesifisitas yang tidak tepat, telah menciptakan permintaan besar untuk prosedur pengobatan canggih [42].

Selain itu, pemanfaatan nanomaterial untuk pengiriman obat ke jaringan telah menarik perhatian akhir-akhir ini. Kompatibilitas biologis dan biodegradabilitas adalah dua fitur penting dari karakteristik biomaterial untuk pemanfaatan nanomaterial dalam sistem pengiriman. Kompatibilitas biologis diperlukan untuk mencegah NP terapeutik dari kerusakan pada jaringan dan sistem tubuh, dan biodegradabilitas mendesak untuk memecah NP menjadi senyawa non-beracun dan menghapusnya dengan mudah dari organ [15]. Setelah deteksi liposom, ilmuwan mulai menerapkannya sebagai nanomaterial untuk pengiriman obat. Seperti yang disebutkan, liposom memiliki dua properti biomaterial yang diperlukan untuk tujuan terapeutik: kompatibilitas biologis dan biodegradabilitas [36]. Selain itu, NP liposomal memiliki karakteristik lain yang membuatnya cocok untuk tujuan ini. Misalnya, karena struktur spesifik liposom, kedua grup obat hidrofilik (larut dalam air) dan hidrofobik (larut dalam lipid) dapat dikapsulasi di dalamnya. Selain itu, kehadiran membran lapisan ganda fosfolipid dalam liposom melindungi agen yang disimpan dalam liposom dari berbagai fenomena dan kerusakan, seperti degradasi enzim, inaktivasi biologis oleh struktur imunologis, dan perubahan kimia in vivo. Hal ini memiliki dua keuntungan signifikan: pertama, struktur molekul yang terkapsulasi dalam liposom terpelihara sebelum mencapai jaringan target, dan tidak ada modifikasi yang dilakukan padanya dan, kedua, jaringan sehat dan non-target terlindungi dari paparan obat karena membran liposom, dan tidak dapat dipengaruhi oleh agen ini [42]. Liposom juga dapat digunakan untuk mengirim materi genetik, seperti DNA, RNA, dll. dan tujuan terapi gen. Liposom yang digunakan untuk tujuan ini dapat terdiri dari lipid kationik, anionik, netral, dan fosfolipid atau campurannya [45]. Beberapa agen diagnosis dan citra, seperti titik karbon, dapat digunakan untuk deteksi dan citra kanker dalam kombinasi dengan liposom atau secara tunggal [46]. Meskipun titik karbon sebagian disetujui untuk aplikasi klinis dan dieksploitasi dalam penelitian, sitotoksisitas tetap menjadi hambatan yang menantang untuk aplikasi luasnya [47]. Struktur umum dari NP obat liposomal ditunjukkan dalam Gambar 4.

Struktur umum liposom terdiri dari lapisan fosfolipid. Tergantung pada hidrofilik–hidrofobik suatu obat, jenis liposom yang sesuai untuk pengiriman akan ditentukan. Obat hidrofilik terkapsulasi di inti hidrofilik pusat, dan obat hidrofobik ditempatkan di area lipofilik. Liposom juga dapat digunakan untuk pengiriman gen

Fosfolipid yang membentuk membran yang ada dalam liposom adalah senyawa non-beracun dan dapat disintesis dalam rentang ukuran yang luas. Properti fisikokimia liposom bergantung pada konstituennya. Oleh karena itu, liposom dengan properti yang diinginkan dapat disintesis dengan menambahkan senyawa tertentu, seperti kolesterol, polietilen glikol (PEG), dll. Selain itu, membran liposom tidak melewatkan molekul raksasa, yang membantu mempertahankan materi di dalam liposom dengan lebih baik [48]. Semua fitur yang disebutkan dari liposom memperkenalkannya sebagai nanomaterial yang sesuai untuk pemanfaatan dalam pengiriman agen terapeutik untuk mengobati berbagai penyakit, terutama kanker.

Gregory Gregoriadis, sebagai salah satu peneliti pionir dalam bidang ini, mengusulkan hipotesis penggunaan liposom untuk sistem pengiriman obat dan menyatakan bahwa senyawa obat dapat terkapsulasi dalam liposom [49]. Properti biomaterial dan fisiokimia yang tepat dari liposom telah dilaporkan. Sebagai contoh, survei pada liposom yang mengandung obat antitumor sitosin arabinosida yang digunakan dalam model hewan telah menunjukkan peningkatan yang signifikan pada umur tikus dengan leukemia L1210 [50]. Dengan menerapkan liposom, dosis yang cukup dari bentuk aktif obat dapat dikirim ke lokasi target dengan cara yang terlindungi [42].

Peningkatan Spesifisitas dan Sensitivitas NP Liposomal untuk Penggunaan Terapeutik

Seperti yang disebutkan sebelumnya, penggunaan berbagai molekul dan polimer memungkinkan perubahan dalam struktur dan membran liposom, dan melalui ini, fungsionalitas baru dapat ditambahkan ke liposom atau propertinya dapat dimodifikasi [51]. Keduanya, memperpanjang sirkulasi liposom dalam darah dan meningkatkan kemampuan mereka untuk mengakumulasi di jaringan tumor spesifik atau situs patologis melalui efek EPR adalah fitur pertama yang harus dipertimbangkan karena tingkat clearans liposom yang tinggi. Konjugasi molekul PEG ke membran liposom melalui konjugasi kimia telah digunakan berurutan untuk menambahkan fungsionalitas ini ke liposom [52]. Pentingnya dan peran polimer etilena glikol dalam meningkatkan setengah hayat liposom, terutama NP terapeutik liposomal dalam cairan tubuh, seperti darah, diekspresikan sekitar 20 tahun yang lalu [53].

Abuchowski dan McCoy melakukan upaya pertama untuk memperpanjang setengah hayat liposom dalam aliran darah dengan mengonjugasi PEG ke struktur mereka. Akibatnya, upaya mereka secara umum meningkatkan waktu sirkulasi liposom dan setengah hayatnya dalam aliran darah [54]. Setelah beberapa bulan, peneliti lain menyelidiki kemungkinan mengurangi kecepatan clearans yang tinggi dari liposom oleh sel sistem fagosit mononukleer (MPS). Dengan menempelkan PEG pada molekul permukaan liposom [53], diharapkan bahwa sirkulasi liposom dalam darah membaik. Ada banyak artikel dalam bidang ini. Selain itu, berbeda dengan liposom konvensional, liposom terlapis PEG menunjukkan properti farmakodinamika yang tidak bergantung pada dosis [55]. Di antara berbagai polimer, molekul PEG adalah salah satu polimer yang dapat ditempel pada permukaan liposom untuk memperpanjang umur simpan mereka in vivo. Polimer lain juga dapat digunakan untuk tujuan ini [56]. Gambar 5 menunjukkan bagaimana molekul polimer PEG dapat melindungi liposom dari antibodi dan juga memperpanjang umurnya dalam aliran darah.

Mengonjugasi polimer tertentu seperti polietilen glikol (PEG) ke liposom. a Liposom PEGilasi dengan perlindungan molekul polimer PEG. b Liposom konvensional yang tertangkap oleh antibodi dan opsonin

Seperti yang disebutkan, layak diketahui bahwa molekul lain dapat digunakan untuk memperpanjang sirkulasi liposom selain PEG. Selain itu, polimer polioksazolin adalah antara zat yang digunakan untuk memodifikasi membran liposom untuk meningkatkan setengah hayat mereka. Dalam hal ini, Woodle et al. adalah kelompok pertama yang menerapkan poli[2-etil-2-oksazolin] (PEOZ) untuk sintesis liposom stealth. Hasil mereka menyaksikan penurunan eliminasi dan penyerapan liposom yang di-PETOXilasi poli[2-etil-2-oksazolin] yang diuntir ke tikus oleh sel hepar-splenik [57]. Hasil mereka menunjukkan bahwa konjugasi polimer lain seperti poli[2-etil-2-oksazolin] dan poli[2-metil-2-oksazolin] (PMOZ) dapat memiliki efek seperti PEG dalam meningkatkan setengah hayat dan memperpanjang sirkulasi liposom in vivo. Mereka juga membandingkan distribusi bio liposom yang dikonjugasi PEG-, PEOZ-, dan PMOZ di berbagai organ dan sistem. Konsekuensi juga menunjukkan bahwa distribusi bio semua liposom ini dalam darah dan tihi hampir sama, tetapi di hati, distribusi PMOZ jauh lebih rendah dari yang lain [57].

Pain et al. mengikat molekul dekstran pada permukaan ULVs. Hasil mereka menunjukkan bahwa liposom yang dikonjugasi dekstran, dibandingkan dengan liposom konvensional, memiliki sirkulasi yang lebih lama dan penyerapan serta penyerapan yang lebih rendah oleh hati dan tihi. Konsekuensi ini menyaksikan bahwa molekul dekstran, selain memperpanjang umur simpan liposom dalam tubuh, juga dapat digunakan untuk meningkatkan stabilitas dan mengatur laju pelepasan obat dari liposom [58].

Masalah kedua yang harus diperhatikan adalah kekentalan dan stabilitas liposom. Lipid lain, termasuk kolesterol, dapat digunakan dalam kerangka liposom. Kolesterol kadang-kadang dapat menggantikan beberapa senyawa dalam lapisan ganda fosfolipid untuk meningkatkan beberapa properti liposom. Namun, telah terbukti bahwa memodifikasi isi lapisan ganda liposom dan mengganti beberapa molekul fosfolipid dengan senyawa tertentu, terutama kolesterol, dapat mengurangi kekentalan liposom [59]. Selain itu, kehadiran kolesterol dalam membran liposom meningkatkan stabilitas struktur mereka (baik dalam eksperimen in vivo maupun in vitro). Ini juga mengurangi permeabilitas dan kemungkinan kebocoran zat yang terkapsulasi. Kolesterol adalah steroid hidrofobik yang berinteraksi dengan rantai hidrofobik antara lapisan ganda fosfolipid untuk menstabilkan strukturnya ketika ada dalam membran liposom. Tindakan kolesterol ini signifikan saat mengeksploitasi liposom secara klinis in vivo karena mencegah liposom berubah menjadi lipoprotein padat tinggi (HDL) dan lipoprotein padat rendah (LDL) dalam tubuh. Selain itu, struktur lipid yang ada dalam darah dan cairan seluler dapat memberikan kesan pada liposom. Lipoprotein seperti LDL dan HDL mempengaruhi liposom yang diuntir dan menyebabkan transfer lipid serta susunan ulang membran mereka. Mereka juga secara drastis mengurangi stabilitas NP liposomal yang mengandung obat [12]. Layak diperhatikan bahwa bahan lain, seperti DNA dan molekul lain yang digunakan dalam membran liposom untuk aplikasi terapeutik, harus diancorkan pada kolesterol dalam membran. Menambahkan berbagai zat ke membran liposom adalah satu cara untuk menciptakan fitur positif pada liposom [42].

Fitur ketiga yang harus dipertimbangkan adalah sensitivitas dan spesifisitas liposom untuk identifikasi yang akurat dan pengikatan spesifik pada sel target. Dengan mengikat senyawa, seperti antibodi monoklonal, fragmen F_ab dan molekul konjugatif lain seperti transferin dan folat, mungkin untuk meningkatkan spesifisitas liposom, yang mengarah pada pengikatan spesifik pada sel tumor [60]. Selain itu, peningkatan spesifisitas dan sensitivitas nanokarier obat, khususnya liposom, telah diselidiki sebelumnya. Misalnya, Mohammad J. Akbar et al. mempelajari liposom yang dikonjugasi peptid-PEG-lipid untuk mengobati kanker paru-paru sel kecil (SCLC). Hasil mereka menunjukkan bahwa pengikatan peptid antagonist Resseptor Peptid Merilem Gastrin (GRPR) pada liposom dapat meningkatkan spesifisitas dan akumulasi liposom ini pada sel yang mengekspresi GRPR. Mereka juga klaim bahwa liposom ini yang ditempel peptid dapat digunakan untuk mengobati sel kanker paru-paru karena upregulasi gen yang mengekspresi GRPR dalam mereka [61].

Akhirnya, obat dan racun ditambahkan ke liposom PEGilasi karena properti yang sesuai mereka, dan sekarang, struktur liposom ini telah dirintis untuk penggunaan klinis-industri [62]. Antibodi juga digunakan dalam studi awal untuk meningkatkan kemampuan liposom untuk mengikat pada sel target [63]. Dalam hal ini, endositoza yang dimediasi reseptor dilakukan oleh liposom untuk masuk ke sel [64]. Sementara itu, berbagai metode telah dikembangkan untuk mengikat antibodi pada liposom [65]. Studi pada liposom yang dikonjugasi antibodi telah membuktikan bahwa toksisitas obat anticancer terhadap sel tumor yang dibudayakan meningkat dengan konjugasi antibodi pada permukaan liposom [66]. Ketika antibodi diterapkan pada permukaan liposom PEG, sisa antibodi untuk melekat pada reseptor target mereka diutami oleh polimer PEG, terutama ketika rantai sisi yang melekat pada PEG panjang [67]. Oleh karena itu, penggunaan bersama PEG dan antibodi untuk obat liposom dan kekurangannya harus dipertimbangkan oleh ilmuwan.

Faktor keempat yang penting dalam aplikasi terapeutik liposom adalah studi pelepasan obat yang terkapsulasi di dalamnya. Penyesuaian liposom untuk ekstrusi obat di dalamnya yang dipengaruhi oleh kondisi abnormal dari jaringan yang rusak adalah salah satu isu kunci dalam administrasi liposom secara klinis. Selain itu, penggunaan senyawa sensitif suhu, pH, atau metabolit tertentu pada permukaan liposom yang dapat mengikat pada jaringan dan permukaan membran sel target adalah metode untuk melepaskan obat ini secara tepat. Penggunaan metode ini dapat menghasilkan efek spesifik liposom pada permukaan membran sel target dan juga melepaskan konten obat di dalamnya [68].

Laju pelepasan senyawa yang terkapsulasi dalam NP liposomal adalah kriteria kelima yang signifikan untuk menyesuaikan dosis obat yang tersedia di lokasi target. Salah satu objek penting yang harus dipertimbangkan untuk penggunaan yang tepat dari semua jenis sistem pengiriman obat, termasuk liposom, adalah laju pelepasan obat dan regulasi. Terkait sistem pengiriman obat liposomal dan NP, layak disebutkan bahwa zat yang terkapsulasi dalam liposom tidak secara biologis tersedia dan hanya dapat tersedia secara biologis saat dilepaskan dari keadaan awal. Oleh karena itu, liposom yang mengandung obat dapat memberikan kemampuan untuk meningkatkan konsentrasi obat yang tersedia secara biologis untuk jaringan kanker dan untuk meningkatkan kualitas pengobatan serta efikasi terapeutik dapat dicapai dengan syarat laju pelepasan obat dari liposom disesuaikan [69]. Selain itu, telah terbukti bahwa mengubah isi lapisan ganda liposom dan mengganti beberapa fosfolipid dengan senyawa tertentu, terutama molekul steroid seperti kolesterol, dapat mengurangi permeabilitas dan kebocoran tidak disengaja dari zat yang disimpan di dalamnya [70]. Akibatnya, keuntungan ini dapat dieksploitasi untuk menyesuaikan laju pelepasan zat yang terkapsulasi. Setelah dilepaskan, obat harus menembus cukup dalam ke dalam sel dan melakukan perubahan fisiologis-biokimia yang diperlukan untuk menyarankan dampaknya.

Seperti yang disebutkan sebelumnya, berbagai senyawa, termasuk aptamer, dapat dikonjugasi pada liposom. Dalam hal ini, Mohammad Mashreghi et al. menerapkan anti-molekul selasi epitel (anti-EpCAM) sebagai aptamer untuk fungsionalisasi liposom Caelyx®. Hasil eksperimen mereka menentukan bahwa fungsionalisasi Caelyx® dengan aptamer ini dapat meningkatkan kelebihan obat liposomal ini dan menjadikannya opsi yang viable untuk pengobatan kanker [71]. Gambar 6 menunjukkan struktur berbagai jenis liposom yang digunakan in vitro atau untuk tujuan ilmiah klinis secara skematik.

Berbagai jenis liposom. a liposom konvensional; b liposom yang dikonjugasi kolesterol; c liposom PEGilasi atau stealth; d liposom tertarget ligand; e liposom multifungsi

Lewatnya obat melalui lisosom untuk masuk ke sel (yang memiliki pH rendah dan banyak enzim degradasi) adalah faktor keenam yang paling penting untuk aplikasi praktis obat yang dikonjugasi pada liposom. Untuk melindungi agen terapeutik dari konversi yang tidak diinginkan dalam ruang ekstraseluler dan intrakeluler, peptid menembus sel ditempel pada permukaan liposom [72].

Farmakologi Obat Liposomal: Farmakokinetika dan Farmakodinamika

Penilaian atribut farmakologis, sebagai bagian penting dari ilmu kedokteran dan ilmu farmasi, diperlukan tidak hanya untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang kelebihan dan kekurangan liposom sebagai karir obat tetapi juga untuk mengonfirmasi dan mengevaluasinya dalam uji klinis. Properti farmakologis obat liposomal dan interaksinya dengan tubuh dapat diperiksa dalam dua aspek yang berbeda: farmakokinetika (efek tubuh terhadap senyawa terapeutik) dan farmakodinamika (bagaimana obat bekerja dan mempengaruhi tubuh serta jalur seluler) [73]. Secara umum, pemanfaatan liposom untuk pengiriman obat dalam pengobatan kanker atau gangguan lain memerlukan peningkatan efektivitas agen ini dari satu sisi, dan mengurangi toksisitas mereka terhadap jaringan normal dari sisi lain. Subjek seperti rute administrasi yang tepat dari obat berbasis NP, sirkulasi mereka dalam aliran darah dan setengah hayat, distribusi biologis mereka dalam jaringan, dan metabolisme seluler mereka, serta eliminasi, metabolisme, dan clearans mereka, telah dipelajari dalam bidang farmakokinetika [74]. Farmakokinetika liposom terutama mempelajari bioavailabilitas obat yang dikonjugasi liposom dalam berbagai cairan tubuh dan jaringan. Memang, studi dekomposisi kimia dan ekscresi biologis, serta penyerapan dan pemurnian liposom juga dipertimbangkan dalam farmakokinetika. Hasil studi tentang keuntungan farmakologis penggunaan obat liposomal (terlepas dari jenis liposom yang diterapkan dalam DDS) alih-alih obat bebas menunjukkan bahwa:

Pertama, liposom dapat memodifikasi profil pelepasan obat menjadi pelepasan berkelanjutan, dan akibatnya, mengurangi kebutuhan akan injeksi konstan. Kedua, ini dapat memperpanjang kehadiran obat dalam aliran darah dan cairan tubuh, dan sebagai konsekuensi, meningkatkan setengah hayatnya. Ketiga, ini memiliki potensi untuk mengarah pada distribusi bio yang lebih baik dalam jaringan kanker sambil mengurangi pengaruh obat pada jaringan sehat karena ukuran partikel yang terbatas untuk melintasi Endotel kapiler sehat. Terakhir, ini mengurangi metabolisme dan inaktivasi obat dalam plasma sebelum mencapai jaringan target, selain efek positifnya pada clearans metabol obat [75, 76].

Namun, beberapa perubahan diperlukan dalam farmakokinetika liposom untuk meningkatkan keselarasan, spesifisitas, dan sensitivitas mereka. Modifikasi-modifikasi ini memungkinkan mereka untuk mengatasi sel yang resisten terhadap kemoterapi, meningkatkan efikasi dan setengah hayat. Selain itu, toksisitas mereka atau senyawa metabolisme tidak disengaja yang dihasilkan sebagai hasil dari metabolisme mereka harus dikurangi dengan modifikasi ini [77].

Setelah mengonsumsi administrasi obat liposomal, mereka masuk ke tubuh dan beredar dalam aliran darah dengan setengah hayat tertentu. Ukuran dan komposisi pembentukan mereka menentukan setengah hayat obat liposomal. Selain itu, clearans cepat obat liposomal dari tubuh dapat mengurangi durasi tindakan dan indeks terapeutik mereka. Seperti yang disebutkan sebelumnya, menempelkan polimer hidrofilik seperti PEG pada liposom dapat mengurangi tingkat clearansnya dan menyelesaikan tantangan ini [78]. Juga, mungkin untuk menyesuaikan kekentalan dan laju pelepasan obat dari membran liposom dengan menambahkan molekul kolesterol.

Penerapan liposom untuk pengiriman obat dapat mengakibatkan beberapa perubahan dalam farmakokinetika obat [79]. Kemampuan liposom untuk mengubah properti farmakokinetika berbagai obat dan racun adalah salah satu keuntungan signifikan mereka dalam sistem pengiriman obat [80]. Terkait proses clearans dan eliminasi liposom, jelas bahwa struktur liposom dipengaruhi oleh protein plasma setelah diadmin. Misalnya, setelah injeksi nanopartikel liposomal, opsonin terserap pada permukaan liposom. Opsonin adalah protein plasma yang sebagian besar mencakup imunoglobulin dan fibronectin [42]. Kehadiran opsonin pada permukaan liposom akan mengakibatkan eliminasi mereka oleh MPS, sebagai salah satu bagian eliminasi yang signifikan dari berbagai obat dari darah dan cairan tubuh. Mereka juga membersihkan liposom melalui penempelan beberapa reseptor seperti komplement C3b dan Fc pada kompleks opsonin-liposom [81]. Berbagai jaringan dan sel seperti sel kupffer hati, makrofag yang ada di tihi, sumsum tulang, dan kelenjar limfatik terlibat dalam clearans NP liposomal [82].

Menurut definisi International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), farmakodinamika merujuk pada studi dampak farmakologis senyawa pada sistem hidup dan konsekuensi biokimia dan fisiologis dari efek ini [83]. Peningkatan elusi untuk mengidentifikasi agen terapeutik ketika dikapsulasi dalam liposom telah diakui sebagai salah satu manfaat farmakodinamis pemanfaatan liposom [84].

Selanjutnya, karakteristik fisikokimia memiliki pengaruh signifikan pada farmakologi obat liposomal. Ukuran partikel, muatan listrik membran, dan komposisi lipid membran adalah beberapa properti fisikokimia ini yang dapat mempengaruhi farmakokinetika dan farmakodinamika agen. Pertama, ada hubungan langsung antara ukuran partikel nanoparticle, termasuk liposom, dan tingkat clearans mereka. Dengan meningkatkan ukuran NP, tingkat eliminasi mereka oleh sistem kekebalan dan sel MPS juga akan meningkat [85]. Kedua, layak disebutkan bahwa muatan bersih membran liposom adalah konsekuensi dari muatan listrik fosfolipid dan partikel penyusun lainnya yang menyusunnya. Akibatnya, kenaikan muatan permukaan dikaitkan dengan tingkat clearans yang ditingkatkan dari agen ini [86]. Komposisi lipid membran dan fitur struktural lain (seperti jari-jari inti hidrofilik) juga secara signifikan mempengaruhi farmakokinetika obat liposomal [87].

Yang lebih penting lagi, telah dihipotesiskan bahwa berbagai jenis liposom menunjukkan kinetika/dinamika obat yang berbeda tergantung pada struktur yang berbeda mereka. Laju pelepasan obat juga bergantung pada jumlah lapisan ganda fosfolipid dan isi senyawa obat yang dimuat. Ini juga bergantung pada diameter hidrodinamik, volume total, dan properti farmakokinetika lainnya [88].

Rute Administrasi Obat Liposomal

Seperti banyak obat yang berbeda, obat liposomal berbasis NP dapat diadmin melalui berbagai rute yang luas. Dengan kata lain, konsumsi oral [89] dan metode injeksi yang berbeda seperti administrasi intravena (I.V.) dan injeksi lokal yang berbeda adalah antara rute administrasi umum obat liposomal [90]. Penggunaan nanoparticle, termasuk liposom, untuk pengiriman obat melalui administrasi oral telah disoroti sebagai strategi yang efektif sejak nanoparticle meningkatkan bioavailabilitas obat, meningkatkan interaksi mereka dengan sel, dan mencegah modifikasi apa pun dalam struktur molekuler obat karena enzim dan cair lambung dalam saluran pencernaan. Selain itu, mereka memiliki kemampuan tidak hanya untuk meningkatkan pelepasan molekul terapeutik ke lapisan mukosa dan epidermis tetapi juga untuk melindungi obat dari perubahan yang tidak diinginkan selama efek first pass [89]. Injeksi intravena digunakan sebagai rute administrasi utama untuk banyak obat liposomal yang disetujui oleh FDA atau otoritas lain [42]. Di sisi lain, injeksi subkulit (S.C.), intradermal (I.D.), intraperitoneal (I.P.), dan intramuscular (I.M.), yang diklasifikasikan di bawah judul injeksi lokal, juga digunakan untuk administrasi obat liposomal [90,91,92].

Nasib Obat Liposomal In Vivo dan Mekanisme Tindakan Targetingnya

Setelah administrasi obat liposomal, mereka mencapai leksi patologis di lokasi target melalui aliran darah dan mengakumulasi di sana. Mekanisme tindakan obat liposomal pada tumor dimulai dengan akumulasi mereka di lokasi target, penyerapan oleh sel tumor, dan pelepasan obat bebas [93]. Setelah masuk ke tubuh, obat liposomal mencapai tumor melalui berbagai mekanisme tindakan targeting dan kemudian berinteraksi dengan sel dengan cara yang berbeda [94]. Secara umum, mekanisme targeting tumor dibagi menjadi dua kategori: pasif dan aktif. Targeting pasif merujuk pada mekanisme di mana liposom secara spontan mengakumulasi di lokasi tumor dan berinteraksi dengan sel target tanpa kehadiran ligand spesifik [95]. Efek permeabilitas dan retensi yang ditingkatkan (EPR) telah diusulkan sebagai mekanisme targeting pasif yang paling krusial. Secara tepat, akumulasi spontan NP terapeutik dan obat liposomal di lokasi tumor disebut efek EPR [96]. Fenomena ini dapat diatribusikan pada sifat bocor dari pembuluh jaringan tumor, tidak seperti kapiler jaringan normal, yang membuatnya melewati molekul dan NP. Akibatnya, Ini akhirnya mengarah pada akumulasi senyawa obat dalam jaringan ini dan efek EPR [97]. Nasib akhir dari obat dalam cairan intrakeluler dan sitoplasma sel tumor bergantung pada beberapa faktor seperti mekanisme pelepasan, konstituen nanokarier, dan struktur molekuler [98]. Dalam jaringan sehat, jumlah dan bentuk kapiler sebanding dan normal, masing-masing. Namun, dalam organ kanker, tidak seperti jaringan sehat, jumlah dan struktur kapiler lebih tinggi dan berubah bentuk, masing-masing, karena proses angiogenesi. Selain itu, struktur kapiler tumor hancur, dan sel falan endotel berkurang. Akibatnya, volume cairan plasma yang bocor ke ruang intercelular akan meningkat. Dalam jaringan sehat, Namun, sel falan kapiler mempertahankan adhesi sel yang erat, mencegah NP, molekul kecil, dan obat liposomal dari merembes ke ruang intercelular [99]. Efek EPR pada kapiler kanker dan perbedaannya dengan pembuluh jaringan normal dan sehat diilustrasikan dalam Gambar 7.

Mekanisme tindakan liposom yang mengandung obat pada sel tumor melalui efek EPR. a Jaringan sehat dan kapiler normalnya; b jaringan kanker dengan pembuluh yang meningkat dan berubah bentuk; c struktur pembuluh normal dan sehat; d kerusakan dan kapiler berubah bentuk dalam jaringan tumor

Di sisi lain, targeting aktif telah menarik perhatian yang besar sebagai salah satu mekanisme tindakan targeting karena efektivitas dan spesifisitas yang sesuai. Targeting aktif mencakup berbagai jenis dan juga umumnya bertujuan untuk mengurangi dampak off-target dari NP liposomal pada sel sehat dan jaringan non-target [95]. Dalam metode ini, molekul seperti antibodi monoklonal, molekul kecil, peptid sinyal, vitamin, karbohidrat tertentu, glikolipid, atau aptamer umumnya digunakan untuk modifikasi permukaan liposom [100, 101]. Selain itu, targeting aktif dapat dibagi menjadi berbagai subtipe sesuai dengan fitur yang berbeda. Misalnya, ini dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori umum:

1. 1.

   Targeting reseptor sel tumor dan jaringan kanker: Metode ini bergantung pada konjugasi molekul tertentu pada permukaan membran liposom, membuatnya mampu mengikat pada reseptor khusus atau yang overexpressed pada sel kanker [102]. Dalam sel kanker, regulasi naik gen yang berbeda menyebabkan peningkatan ekspresi reseptor permukaan sel spesifik sebagai respons terhadap permintaan metabolisme yang ditingkatkan untuk proliferasi sel yang cepat [103]. Dalam targeting aktif, modifikasi molekuler tertentu dapat diterapkan untuk targeting secara spesifik reseptor permukaan yang overexpressed pada sel kanker, seperti reseptor folat (FR), reseptor transferin (TfR), atau reseptor faktor pertumbuhan epiderm (EGFR) [95]. Dalam hal ini, peran reseptor folat dalam sel kanker adalah untuk meningkatkan penyerapan asam folat [104], sementara reseptor transferin mengikat transferin (sebagai molekul bebas dengan berat 80 kDa dalam serum) dan menyebabkan endositoza glikoprotein monomerek ini terjadi [105]. Selain itu, reseptor EGFR adalah kelas tirosin kinase yang terlibat dalam proses seluler seperti diferensiasi dan perbaikan jaringan. Ekspresi reseptor ini dalam sel kanker secara signifikan meningkat karena terlibatnya dalam proses seperti angiogenesi, proliferasi sel, dan metastasis [106].

2. 2.

   Menggunakan mikroenvironment tumor sebagai target: Dalam metode ini, perubahan pada permukaan liposom dieksploitasi untuk memungkinkan mereka targeting peptid sinyal atau reseptor lain dalam mikroenvironment sel kanker. Dengan kata lain, mekanisme targeting aktif ini dapat mencegah pertumbuhan sel tumor dan metastasis, mencegah variasi genotipik dan fenotipik dalam sel endotel vaskular baru, dan mengontrol resistensi obat [107]. Selain itu, beberapa reseptor dalam mikroenvironment tumor, seperti faktor pertumbuhan endotel vaskular (VEGF), protein adhesi sel vaskular (VCAM), metalloproteinase matriks, dan integrin, ditarget dalam mekanisme ini [95].

Penyerapan NP Terapeutik oleh Sel dan Efek Obat Liposomal pada Sel Target: Tindakan dan Interaksi

Seperti yang disebutkan sebelumnya, liposom mampu targeting sel tumor baik secara pasif maupun aktif. Setelah liposom mencapai sel kanker dan lingkungan tumor melalui mekanisme targeting, ia dapat melepaskan konten terapeutiknya dan menyarankan dampaknya melalui berbagai mekanisme. Akibatnya, komposisi lipid, muatan permukaan membran, jenis kanker, jenis sel target, serta kehadiran ligand spesifik pada membran liposom, dapat mempengaruhi interaksi sel-liposom [108].

Gambar 8 mengilustrasikan berbagai jenis interaksi liposom dengan sel target. Setelah diuntir ke dalam tubuh, liposom yang mengandung obat bepergian ke berbagai jaringan melalui pembuluh darah dan akhirnya mencapai sel target mereka berdasarkan ligand permukaannya. Liposom ini dapat mengikat pada reseptor sel melalui ligand ini, yang disebut penyerapan spesifik [42]. Alhasil, liposom bebas reseptor juga dapat menempel pada permukaan sel target melalui daya tarik molekuler, gaya elektrostatis, dan interaksi molekuler yang disebut penyerapan non-spesifik. Setelah liposom mengikat pada sel, agen terapeutik dilepaskan ke dalam sitoplasma, dan dampaknya dapat dihasilkan dengan berbagai cara. Nanokarier liposomal dapat sepenuhnya menyatu dengan membran plasm sel dan melepaskan obat. Senyawa obat juga mampu dilepaskan dari liposom ke dalam sel dan masuk ke sel melalui mikropinositosis atau difusi pasif tanpa terjadinya penyatuan. Liposom dapat berinteraksi langsung dengan sel atau bertukar fragmen lipid dengan membran sel melalui proses yang dimediasi protein. Pada saat yang sama, obat dapat bekerja pada sel dan menyarankan efek terapeutik dari obat liposomal. Namun, beberapa liposom mampu masuk melalui endositoza (spesifik atau non-spesifik). Secara khusus, liposom yang menembus sel melalui jalur ini dapat memiliki nasib yang berbeda. Mereka dapat menyatu dengan lisosom. Dalam kasus seperti itu, enzim lisosom mempengaruhi struktur obat dengan menurunkan pH kantung fagolisosom. Akhirnya, liposom melepaskan obat dengan menyatukannya dengan membran sel atau endositoza, dan setelah itu, obat menyarankan efek terapeutiknya [42, 62]. Semua cara yang mungkin bagi liposom untuk menembus sel dan menyarankan dampaknya digambarkan dan dibandingkan dalam Gambar 8.

Pengikatan liposom pada sel target. a Lampiran spesifik melalui interaksi ligand-reseptor; b penyerapan non-spesifik liposom melalui gaya intramolecular-elektrostatis; c lampiran dan penyatuan liposom dengan membran sel dan pelepasan obat; d kedatangan liposom ke sel target dan pelepasan obat tanpa penyatuan; e pertukaran fragmen lipid antara membran sel dan liposom melalui proses yang dimediasi protein; f endositoza liposom oleh sel target; g pencernaan lisosom liposom dalam sitoplasma sel

Di sisi lain, obat berbasis NP dapat mengalami endositoza, pinositosis, atau fagositosis oleh sel target. Endositoza dikenal sebagai proses di mana senyawa di luar ruang sel mendekati membran sel dan kemudian masuk ke sel sebagai vesikel [109]. Pinositosis, juga dikenal sebagai endositoza cairan, terjadi ketika molekul kecil atau suspensi diperkenalkan ke dalam sel melalui vesibel dengan menciptakan invaginasi dalam membran sel. Selain itu, pinositosis secara luas terjadi dalam sel manusia untuk menyerap titik lemak. Dalam studi imunologis, Yuriko Tanaka et al. melaporkan bahwa pinositosis antigen yang dikonjugasi liposom dapat dilakukan oleh sel pengolah antigen (APC). Laporan ini telah membuktikan bahwa liposom dapat melalui mekanisme pinositosis [110]. Dalam fagositosis, partikel yang lebih besar dari 0,5 μm ditelan oleh sel kekebalan, dan ini juga dapat terjadi pada liposom (terutama untuk MLV dan liposom yang lebih besar dari 500 nm). Sebagai contoh, Jitendra N. Verma et al. mengonfirmasi terjadinya fagositosis pada liposom melalui studi tentang fagositosis liposom dengan antigen malaria oleh makrofag [111].

Sarkoma Kaposi, Satu Contoh Aplikasi Sukses Obat Liposomal

Sarkoma Kaposi adalah kanker proliferasi anti-progresif multifokal yang terutama dikenal sebagai sarkoma endometrium. Kanker ini lebih umum pada pasien HIV yang sistem kekebalannya melemah. Selain itu, ini biasanya terlihat pada jaringan kulit dan mungkin juga melibatkan jaringan lain. Oleh karena itu, gangguan ini umumnya disebut sarkoma mucosa kulit [112]. Untuk mengobati penyakit ini, liposom sirkulasi panjang yang dimodifikasi dapat membantu. Dalam hal ini, liposom secara pasif targeting sel tumor. Selain itu, efek EPR dan pengikatan spesifik meningkatkan konsentrasi obat terapeutik dalam jaringan kanker 5 hingga 11 kali lebih tinggi dari kulit normal [113]. Untuk tujuan ini, Doksorubisin digunakan untuk pengobatan penyakit ini. Secara sejalan, penangkapan doksorubisin ke dalam liposom (yang di-PEGilasi untuk memperpanjang setengah hidupnya) mencegah jaringan normal dari paparan obat. Ini juga mengurangi penyerapan obat oleh jaringan sehat yang sensitif terhadap doksorubisin ini seperti jantung [114].

Selanjutnya, bentuk liposomal doksorubisin, Doxil, adalah jenis obat antrakisina yang disetujui untuk administrasi klinis oleh US-FDA. Digunakan untuk mengobati sarkoma Kaposi terkait AIDS dan multiple myeloma [115]. Doxil memiliki efikasi terapeutik yang lebih baik dan toksisitas yang lebih rendah daripada doksorubisin bebas, yang dapat diatribusikan pada kemampuannya untuk targeting tumor secara tidak langsung. Ini juga targeting pasif karena bocornya pembuluh tumor dan efek EPR [116]. Selain itu, liposom unilamel Doxil < 100 nm dalam ukuran dan telah digunakan untuk mengobati berbagai jenis kanker [42]. Analisis juga telah membuktikan bahwa konsentrasi doksorubisin bebas lebih rendah daripada Doxil di lokasi jaringan target [117]. Dalam hal ini, Ogawara et al. menyelidiki efek Doxil (dibentuk dengan mengikat doksorubisin pada liposom PEG) pada sel kanker dalam tikus jantan dan menunjukkan bahwa doksorubisin liposomal PEG atau Doxil1 telah efektif pada kedua kelompok sel C26 yang resisten dan sensitif terhadap doksorubisin [118]. Ini dapat menyoroti signifikansi eksploitasi NP liposomal. Karena mereka dapat dikonsumsi untuk mengatasi resistensi sel kanker terhadap agen kemoterapi umum dengan biaya rendah tanpa pekerjaan penelitian yang memakan waktu untuk menemukan senyawa terapeutik klinis baru [119]. Pemanfaatan nanoparticle, seperti liposom, untuk mengirim doksorubisin ke jaringan tumor telah diteliti secara luas. Penangkapan substrate penangkap ATP-binding cassette transporter superfamily B anggota 1 (ABCB1) doksorubisin ke dalam liposom dapat meningkatkan penyerapan obat dan meningkatkan distribusi intrakelulernya dalam sel kanker, terutama sel kanker yang mengekspresi ABCB1 [120]. Struktur sederhana Doxil diilustrasikan dalam Gambar 9.

Struktur skematik obat Doxil. Molekul obat doksorubisin terkapsulasi dalam rongga hidrofilik liposom unilamel yang di-PEGilasi

Selanjutnya, nanomaterial liposomal dapat dieksploitasi untuk pengobatan penyakit menular. Infeksi sistemik jamur adalah salah satu kondisi yang paling menantang yang biasanya diobati dengan amfoterisin B, yang sangat beracun bagi sel ginjal. Untuk tujuan ini, penggunaan amfoterisin B yang terkapsulasi liposom dapat mengurangi toksisitas obat ini dibandingkan bentuk bebasnya [48]. Liposom unilamel telah digunakan untuk mengenkapsulasi agen ini. Terbukti bahwa amfoterisin B liposomal lebih efektif daripada bentuk obat bebas [121]. Berdasarkan formulasi, liposom ini juga mengubah distribusi bio amfoterisin B, seperti obat anticancer, yang pada gilirannya tidak hanya mengatur mekanisme tindakan tetapi juga meningkatkan konsentrasi dosis efektif di jaringan target [122]. AmbiSome, bentuk liposomal amfoterisin B, juga disetujui untuk administrasi umum. Obat liposomal lain yang disetujui, dari obat antifung hingga agen terapeutik kanker, dirangkum dalam Tabel 1.

Meskipun aplikasi NP liposomal untuk mengobati kanker telah dipuji sebagai solusi yang viable untuk pengiriman obat dan mempengaruhi sel tumor, pengiriman obat ke jaringan kanker dalam sistem saraf pusat (CNS) telah tetap menjadi tantangan yang signifikan. Selain itu, pengiriman obat ke sel sistem saraf pusat menghadapi banyak gangguan karena pembalut darah–otak (BBB). Namun, masalah ini dapat diatasi sebagian dengan mengembangkan metode baru dan menggunakan senyawa berbasis lipid [136].

Nanopartikel Liposomal dalam Fase Penelitian untuk Tujuan Terapeutik

Liposomal siRNA

RNA adalah jenis molekul genetik dengan berbagai fungsi, termasuk proses translasi dan transkripsi. Penemuan RNA interferensi kecil (siRNA) adalah kemajuan yang signifikan dalam biologi dalam dekade terakhir [137]. Sintesis siRNA dapat digunakan untuk menargetkan onkogen dan mRNA-nya. Selain itu, siRNA dapat ditargetkan untuk gen yang berkontribusi pada karsinogenesis, proliferasi, dan metastasis sel tumor atau resistensi mereka terhadap kemoterapi standar dan radiasi [138]. Oleh karena itu, ini telah dipertimbangkan sebagai metode modern untuk terapi kanker. Di sisi lain, nanoparticle yang digunakan untuk mengirim siRNA harus memiliki properti seperti biodegradabilitas, distribusi bio yang baik, toksisitas rendah, dll. Semua fitur ini dapat ditawarkan oleh liposom, menjadikan sistem pengiriman obat populer ini sebagai calon yang menjanjikan untuk tujuan ini [28]. siRNA yang terikat pada NP berbasis lipid netral terisolasi dengan baik dari liposom ini. Mereka juga mempengaruhi reseptor efrin tipe-A 2 (EphA2), kinase adhesi fokus (FAK), neuropilin-2, Interleukin 8 (IL-8), dan TROJAN Mobile Remote Receiving System/erythroblast transformation-specific (TMRRS/ERG), faktor perpanjangan 2 kinase (EF2K) atau jalur Bcl-2. Setelah terjadinya mekanisme ini, efek antitumor yang sesuai telah diamati terhadap sel kanker ovarium, kolon, dan payudara, dll. [139, 140]. Banyak studi telah dilakukan pada pengiriman siRNA oleh liposom, dan dalam sebagian besarnya, lipid kationik Dioleoyl-3-trimetilammonium propana (DOTAP) telah banyak digunakan dalam struktur liposom. Karena muatan positif tinggi DOTAP, lipid kationik ini dapat beracun bagi sel. Ini dapat merangsang hemolisis sel dan mengurangi kompatibilitas biologis akhir. Ini telah menantang aplikasi lipid ini dalam komposisi liposom yang diterapkan untuk pengiriman siRNA [141].

Nanopartikel Kurkuma Liposomal

Liposom yang dikonjugasi kurkuma adalah contoh lain penggunaan nanoparticle liposomal. Kurkuma adalah senyawa polifenolik dan hidrofilik alami yang melimpah dalam tanaman Curcuma longa dan terutama dapat diambil dari ekstrak kunyit. Saat ini, efek antikanker kurkuma telah ditunjukkan dengan baik terhadap banyak sel tumor, seperti kanker payudara, karsinoma hati, dan kanker prostat, dll. [142]. Mekanisme tindakan utama kurkuma terhadap sel kanker adalah dengan mengganggu translasi protein seperti Bcl-xl dan mengatur apoptosis dengan mempengaruhi prosesnya, mengontrol pelepasan spesies oksigen reaktif (ROS) dan sitokrom, mengatur faktor molekular seperti siklus yang mempengaruhi siklus sel. Di sisi lain, kurkuma dapat merusak struktur DNA nuklear dan mitokondria sel kanker hati, sehingga mengganggu fungsinya [143]. Dibandingkan kurkuma bebas, aplikasi kurkuma liposomal meningkatkan farmakokinetika dan farmakodinamika sambil mengurangi dosis yang diperlukan untuk menargetkan tumor. Matheus Andrade Chave et al. mengeksplorasi liposom yang mengandung kurkuma dengan memasukkan molekul kurkuma ke dalam liposom MLV [144]. Sintesis kurkuma liposomal dan struktur kurkuma digambarkan dalam Gambar 10.

Tinjauan singkat bubuk kurkuma dan sintesis kurkuma liposomal. Reaksi kimia yang dilakukan untuk produksi kurkuma liposomal dan struktur molekul kurkuma dalam berbagai bentuk ditunjukkan secara sederhana

Selain itu, liposom yang disiapkan untuk aplikasi penelitian terapeutik dapat disintesis dengan memanfaatkan berbagai metode. Misalnya, Qiao Wang et al. menggunakan metode ultrasonikasi dan hidrasi film lipid untuk sintesis liposom sirkulasi panjang daidzein (DLCL) [145]. Xiaoyuan Ding et al. juga menggunakan metode hidrasi film untuk sintesis liposom Morin sensitif pH yang dimodifikasi aptamer dan Au-NP (Apt-Au). Hasil mereka menunjukkan kompatibilitas biologis yang tinggi dan toksisitas yang tidak signifikan dari struktur liposomal ini dan menyoroti liposom ini sebagai opsi yang viable untuk targeting tumor yang selektif [146].

NP Liposomal Lainnya dalam Fase Penelitian

Beberapa obat liposomal telah disintesis dan digunakan dalam berbagai obat dalam fase penelitian. Misalnya, CPX-1 diproduksi dengan mengenkapsulasi agen antitumor, Irinotekan dan floksuridin (rasio molar 1:1) dalam liposom, dan dirancang untuk mengobati kanker kolorektal lanjutan. Nanopartikel terapeutik ini berada dalam status penelitian fase II [128]. Lipovaxin-MM adalah nanoparticle liposomal penting lainnya dalam fase I penelitian yang disiapkan dengan menempatkan antigen melanoma dalam liposom dan terutama diimunisasi untuk imunoterapi melanoma ganas. Agen ini juga sedang diteliti [128].

Kesimpulan

Sebagai struktur bola dalam cairan, liposom dapat diterapkan sebagai opsi yang menjanjikan untuk terapi kanker dan pengiriman obat, serta citra dan manajemen penyakit. Dengan meninjau kelebihan dan kekurangan liposom, ilmuwan akan dapat meningkatkannya dalam pekerjaan penelitian di masa depan.

Beberapa peluang dan tantangan pemanfaatan liposom dijelaskan sebagai berikut. Salah satu fitur nyaman dari liposom adalah kesamaan morfologinya dengan sel (kehadiran fosfolipid), serta meningkatkan efektivitas obat. Sebagai poin negatif, fosfolipid liposomal kadang-kadang dapat mengalami reaksi hidrolisis atau oksidasi yang dapat menjadi masalah. Kelebihan lainnya dari liposom meliputi peningkatan stabilitas obat yang terkapsulasi di dalamnya, mengurangi kontak jaringan sensitif dengan molekul terapeutik, mengurangi toksisitas obat, meningkatkan properti farmakokinetika dan farmakodinamika, kemampuan untuk mengatur laju pelepasan obat, dan potensi strukturnya untuk menerima modifikasi kimia yang diinginkan. Berbeda dengan peluang ini, ada beberapa tantangan seperti kebocoran atau penangkapan obat yang tidak disengaja, bioaktivitas liposom yang rendah, keselarasan yang berkurang, clearans cepat liposom konvensional dari darah oleh sistem retikuloendotel (RES), dan masalah yang disebabkan oleh administrasi intravena berkelanjutan atau injeksi lokal.

Selain memeriksa kelebihan dan kekurangan liposom, kita harus mempertimbangkan mekanisme tindakan targeting yang tepat mereka. Targeting pasif dianggap sebagai mekanisme yang menguntungkan karena bukti klinis dan pengalaman yang melimpah. Ini juga memperpanjang waktu sirkulasi obat liposomal. Masalah dari mekanisme ini terletak pada pengiriman obat yang tidak spesifik dan hambatan fisiologisnya. Berbeda dengan itu, fitur menguntungkan targeting aktif meliputi peningkatan spesifisitas dalam pengiriman obat, kemungkinan untuk mengatasi sel tumor yang resisten terhadap kemoterapi, dan mengurangi efek off-target. Namun, kesulitan dalam mengidentifikasi situs pengikatan yang akurat pada sel kanker dan kurangnya bukti yang memadai tentang pemanfaatannya sebelumnya telah mengakibatkan beberapa fluktuasi dalam aplikasinya.

Liposom adalah calon yang wajar untuk meningkatkan efektivitas agen antikanker saat ini dan mencegah kejadian resistensi obat. Penelitian masa depan di bidang ini harus difokuskan pada penyelidikan lebih lanjut tentang properti struktur liposom. Untuk menyelidiki penangkapan obat dalam NP terapeutik, termasuk liposom, akan diperlukan pemeriksaan yang jauh lebih rinci.

Singkatan

WHO:

Organisasi Kesehatan Dunia

VNPs:

Nanopartikel viral

NPs:

Nanopartikel

US FDA:

Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat

DDSs:

Sistem pengiriman obat

PC:

Fosfatidilkolin

SM:

Sfoingomielin

PS:

Fosfatidilserin

PE:

Fosfatidiletanolamin

ULVs:

Vesikel unilamel

OLVs:

Vesikel oligo lamel

MLVs:

Vesikel multilamel

SUVs:

Vesikel unilamel kecil

RBF:

Kolong bundar

LNs:

Nanopartikel liposomal

MPS:

Sistem fagosit mononukleer

PEG:

Polietilen glikol

PEOZ:

Poli [2-etil 2-oksazolin]

PETOXylated:

Poli [2-etil-2-oksazolilasi

PMOZ:

Poli [2-metiloksazolin]

HDL:

Lipoprotein padat tinggi

LDL:

Lipoprotein padat rendah

SCLC:

Kanker paru-paru sel kecil

GRPR:

Reseptor peptid merilem gastrin

Anti-EpCAM:

Anti-molekul selasi epitel

IUPAC:

Uni Internasional Kimia Murni dan Terapan

I.V.:

Intravena

S.C.:

Subkulit

I.D.:

Intradermal

I.P.:

Intraperitoneal

I.M.:

Intramuscular

EPR:

Permeabilitas dan retensi yang ditingkatkan

fR:

Reseptor folat

TfR:

Reseptor transferin

EGFR:

Reseptor faktor pertumbuhan epiderm

VEGF:

Faktor pertumbuhan endotel vaskular

VCAM:

Protein adhesi sel vaskular

APC:

Sel pengolah antigen

ABCB1:

ATP-binding cassette transporter superfamily B anggota 1

HSPC:

Fosfatidilkolin hidro soy

DSPG:

1,2-Distearoyl-sn-gliserol-3-PG

DOPC:

Dioleoylfosfatidilkolin

DPPG:

1,2-Dipalmitoyl-sn-gliserol-3-fosfoglikerol

DSPC:

1,2-Distearoyl-sn-gliserol-3-fosfokolin

AML:

Leukemia miosid akut

ALL:

Leukemia limfosit akut

DSPE:

1,2-Distearoyl-sn-gliserol-3-fosfoetanolamin

DOPE:

Dioleoylfosfatidiletanolamin;

EPG:

Gliserol propoksilasi ester;

DMPC:

1,2-Dimiristoil-sn-gliserol-3-fosfokolin

DOPS:

1,2-Dioleoyl-sn-gliserol-3-fosfo-L-serin

POPC:

1-Palmitoil-2-oleoil-sn-gliserol-3-fosfokolin

DMPG:

1,2-Dimiristoil-sn-gliserol-3-fosfoglikerol

MPEG:

Metoksipolietilen glikol.

CNS:

Sistem saraf pusat

BBB:

Pembalut darah–otak

siRNA:

RNA interferensi kecil

EphA2:

Reseptor efrin tipe-A 2

FAK:

Kinase adhesi fokus

IL-8:

Interleukin-8

TMRRS/ERG:

TMRRS/ERG TROJAN Mobile Remote Receiving System/erythroblast transformation-specific

EF2K:

Faktor perpanjangan 2 kinase

DOTAP:

Dioleoyl-3-trimetilammonium propana

ROS:

Spesies oksigen reaktif

DLDC:

Liposom sirkulasi panjang daidzein

RES:

Sistem retikuloendotel