Według Światowej Organizacji Zdrowia co 5 sekund jedna osoba na świecie staje się praktycznie niewidząca, zaś około 1,3 miliarda ludzi posiada wady wzroku.
Wiele schorzeń oczu i gros stanów powodujących dyskomfort można wyleczyć dzięki odpowiednim preparatom. Najczęściej stosuje się krople do oczu – szacuje się, że ta forma farmaceutyków stanowi 90% wszystkich specyfików okulistycznych. Mimo że ten sposób jest dobrze akceptowany przez pacjentów, biodostępność leków podawanych miejscowo do oka jest bardzo niska. Liczne bariery anatomiczne, takie jak choćby nabłonek rogówki czy bariera krew–ciecz wodnista, utrudniają prawidłowe i głębokie przenikanie leku do wnętrza oka. Biorąc pod uwagę także inne czynniki fizjologiczne, m.in. odpływ łez do nosogardzieli czy mruganie, ocenia się, że jedynie maksymalnie 5% dawki leku zawartej w kroplach okulistycznych dociera do głębszych tkanek oka, natomiast reszta jest tracona na skutek drenażu łez i wchłaniania przez spojówkę. W konsekwencji czas przebywania niezbędnego stężenia preparatu na rogówce jest zbyt krótki w stosunku do potrzeb, natomiast sam lek wywołuje skutki uboczne w miejscach, gdzie nie powinien się znaleźć.
Soczewki do aplikacji leku
W celu utrzymania przez dłuższy czas odpowiedniego, terapeutycznego poziomu stężenia leku zaproponowano w ostatnich latach innowacyjne systemy jego dostarczania, które być może w przyszłości wyprą klasyczne krople. Jak dotąd najbardziej obiecującym sposobem jest wykorzystanie soczewek kontaktowych nasyconych wybraną substancją czynną, które mogą służyć do zapewnienia homeostazy powierzchni oka (np.: utrzymania nawilżenia nabłonka rogówki, łagodzenia bólu oka, wspomagania gojenia rogówki itp.) lub do kontrolowanego, systemowego podawania leków w chorobach oczu.
Określenie „systemowy” w pierwszej chwili może wydawać się zbyt patetyczne, ale w istocie soczewki są tylko jednym z elementów skomplikowanego procesu, na który składa się nie tylko samo podanie leku, ale także indywidualizacja dynamiki jego uwalniania czy kontrola działania – pomiar stężenia preparatu i weryfikacja skutków jego podawania. Nowoczesna medycyna to niewątpliwie medycyna systemowa.
Polimery
Do chwili obecnej większość proponowanych systemów dostarczania leków do oczu bazuje na odpowiednio przygotowanych polimerach, zarówno naturalnych, jak i półsyntetycznych oraz syntetycznych. Każda z tych klas ma wady i zalety.
Przykładowo, naturalne polimery hydrofilowe (pochodne związków alginowych) i półsyntetyczne polimery hydrofilowe, takie jak chitozan czy żelatyna, gwarantują dobrą biokompatybilność i satysfakcjonujące wbudowywanie związków rozpuszczalnych w wodzie, ale nie są w stanie zapewnić przedłużonego uwalniania leków. Właściwości wręcz odwrotne mają hydrofobowe syntetyczne polimery, takie jak np. polikaprolakton (PCL) czy polimery na bazie polilaktydu (PLA) – umożliwiają kontrolowane uwalnianie leku, ale w tej grupie związków uzyskuje się zwykle niską skuteczność w wypełnianiu materiału lekami rozpuszczalnymi w wodzie.
Współczesne badania naukowe próbują wykorzystać właściwości obu grup polimerów i idą w kierunku tworzenia coraz bardziej skomplikowanych materiałów hybrydowych, łączących różne cechy i funkcje. Niestety, poszukiwania zajmują dużo czasu i są bardzo kosztowne. W rezultacie na razie w większości przypadków korzysta się z już opracowanych biokompatybilnych materiałów, ze zmiennym sukcesem starając się wprowadzić do nich odpowiednie substancje czynne.
Techniki osadzania substancji czynnej w soczewce
Wprowadzenie pożądanej substancji czynnej do soczewki można uzyskać na wiele sposobów, z których każdy ma swoje zalety i wady (często najważniejszą jest wysoki koszt produkcji).
Jedną z bardziej popularnych metod jest infiltracja materiału soczewki kontaktowej lekiem w wyniku zanurzenia w odpowiednim preparacie (soaking). To rozwiązanie łatwe i możliwe do stosowania na dużą skalę, jednak jednostkowa dawka leku na soczewce jest relatywnie niska, głównie ze względu na słabą penetrację polimeru.
Wykorzystuje się także metodę osadzania na formie-matrycy mieszaniny polimeru z lekiem znajdującym się w rozpuszczalniku (solvent casting), co pozwala na uzyskanie przedłużonego uwalniania preparatu. Wadą tego zabiegu jest fakt, że nie wszystkie związki czynne można w ten sposób osadzać w matrycy soczewki kontaktowej ze względu na wysoką temperaturę niezbędną do odparowania rozpuszczalnika.
Bardzo ciekawym pomysłem, a właściwie całą grupą pomysłów są te bazujące na wbudowaniu w materiał soczewki kontaktowej odpowiednio spreparowanych nanokompozytów, które zawierają w sobie substancję czynną (drug loading with nanostructures). Na razie problemem jest obniżona przejrzystość, gorsza zwilżalność i tlenoprzepuszczalność tworzywa, niemniej jednak wydaje się, że będzie to duża szansa dla terapii lekowych. Nanokompozyt to w uproszeniu struktura zawierająca wewnątrz substancję czynną. Dotychczas zaproponowano różne jej wersje, np. nanokapsułkę z lekiem, strukturę w formie miceli czy liposomu. Rozważa się również „implantację” soczewek kontaktowych dodatkowymi obszarami (np. w formie pierścienia) zawierającymi preparaty lecznicze.
Bardzo obiecujące wydaje się wykorzystanie nowoczesnych technologii molekularnych (molecular imprinting). W tej metodzie należy opracować cząsteczkę-matrycę, która będzie miała taki rozkład przestrzenny i inne cechy fizykochemiczne, aby pasowała do niej tylko cząsteczka substancji czynnej. W kolejnym kroku wykonuje się soczewkę kontaktową z mieszaniny materiału bazowego i matrycy. Zanurzenie takiej soczewki w roztworze substancji czynnej skutkuje dużym nasyceniem soczewki. Trzeba jednak zaznaczyć, że mimo obiecujących badań wstępnych droga do pełnej kontroli dawkowania leku jest jeszcze długa.
Kolejną interesującą propozycją, liczącą sobie już ponad 10 lat, jest wykorzystanie jako rozpuszczalnika dwutlenku węgla lub innej substancji w stanie skupienia zwanym nadkrytycznym (supercritical CO2-assisted technology). W tym stanie, pod wysokim ciśnieniem, zanika granica między stanem ciekłym i gazowym, a rozpuszczalnik ma bardzo małą lepkość i niskie napięcie powierzchniowe, co pozwala na dobrą penetrację materiałów. Niestety, ten proces jest na razie zbyt kosztowny, by produkować soczewki kontaktowe na dużą skalę.
Przyszłość leczenia
Większość rozwiązań, jakie wykorzystano w wyżej wymienionych technologiach, wciąż jest w fazie przedklinicznej lub klinicznej. Na szczęście prace badawcze prowadzi wiele ośrodków naukowych, a także spore grono producentów soczewek kontaktowych, co pozwala z nadzieją wypatrywać upowszechnienia się tych metod. Równocześnie pojawiają się nowe pomysły na osadzenie i uwalnianie leku z soczewki kontaktowej.
Niezmienne pozostają za to warunki, jakie musi spełnić każda soczewka kontaktowa, w tym terapeutyczna. Są to: wysoka tlenoprzepuszczalność, akceptowalny koszt produkcji, odpowiedni zakres parametrów geometrycznych (promień krzywizny, średnica itp.), gwarantowana przez prawidłowe uwodnienie stabilność soczewki oraz minimalizacja gromadzenia się osadów. Każdy z tych warunków jest wyzwaniem dla soczewek terapeutycznych.
Tlenoprzepuszczalność typowych hydrożeli jest generalnie dość niska, a wypełnienie ich lekiem zmniejsza ją jeszcze bardziej. Koszt produkcji nadal pozostaje bardzo wysoki nie tylko z powodu tego, że owe technologie dopiero „raczkują”, ale także dlatego, że wykorzystuje się w nich z natury bardzo drogie procesy technologiczne, wymagające ściśle kontrolowanych warunków, nieporównywalnych do tych, w jakich powstawały klasyczne soczewki hydrożelowe z epoki profesora Wichterle. Zakres parametrów geometrycznych i ich powtarzalność to z kolei częste problemy w niektórych procesach. Dodatkowo wypełnienie polimeru substancją aktywną zmienia parametry sztywności materiału, co przekłada się na inną pracę soczewki kontaktowej. Stabilność, rozumiana jako optymalne uwodnienie, nadal jest dość dużym wyzwaniem ze względu na to, że w wyniku uwalniania substancji leczniczej ten parametr także ulega zmianie. Ostatni wymieniony – choć nie mniej ważny – problem to osady. Ze względu na dużą indywidualność homeostazy na powierzchni oka, a także różne statyczne i dynamiczne parametry filmu łzowego bardzo trudno jest przewidzieć, jakie osady, w jakiej ilości i na skutek jakich procesów będą obecne na powierzchni i wewnątrz soczewki. Ta sprawa nie jest dobrze zbadana nawet w przypadku klasycznych soczewek kontaktowych, a w przypadku modeli terapeutycznych spodziewamy się jeszcze trudniejszej sytuacji.
Jak widać, liczba zagadnień, jakie należy zbadać, zanim uzyskamy odpowiednio działającą soczewkę kontaktową, jest olbrzymia, podobnie jak ilość pracy, jaka została do tej pory włożona w ich powstanie. Mam nadzieję, opartą o prognozy rynkowe, że segment terapeutycznych, opatrunkowych soczewek kontaktowych będzie stale rosnąć, dając specjalistom do ręki narzędzie zupełnie nowe i precyzyjniejsze od dotychczas stosowanych.
dr hab. Jacek Pniewski
Akademickie Centrum Kształcenia Optometrystów
Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
