Die Nanomedizin nutzt die Werkzeuge der Nanotechnologie (d. h. biokompatible Nanopartikel und Nanoroboter) zur Verabreichung von Arzneimitteln, zur Diagnose von Krankheiten und zur In-vivo-Bildgebung. Die Nanotechnologie hat die Verabreichung von Arzneimitteln verbessert, indem sie auf bestimmte Organe abzielt, um die Wirksamkeit und das Sicherheitsprofil einzelner Arzneimittel zu optimieren. Die Größe der Nanopartikel (üblicherweise im Bereich von 1 bis 100 nm), Form und Oberflächenchemie sind wichtige Faktoren, die zu ihrer Pharmakokinetik beitragen, einschließlich des Grades der Absorption, Bioverfügbarkeit, zellulären Aufnahme, Biodistribution und Clearance (1, 2, 3).
Die meisten Nanomedikamente werden oral oder intravenös verabreicht und erzielen ihre Wirkung durch passives Targeting, das auf einer unspezifischen Anreicherung im Gewebe, einschließlich Tumoren, beruht (2). Liposomen waren die ersten Nanomedikamente und gehören nach wie vor zu den erfolgreichsten Nanopartikeln, die mit Chemotherapeutika wie Doxorubicin und Irinotecan konjugiert werden, um deren Biodistribution zu verbessern (2, 4).
Polymere Nanopartikel (z. B. Peg-Filgrastim) erhöhen die Halbwertszeit und die Bioverfügbarkeit eines Arzneimittels und wurden für Anwendungen mit kontrollierter Freisetzung verwendet. Mizellen werden zur Verkapselung schwer wasserlöslicher Arzneimittel (z. B. Estradiol) verwendet, um deren Auflösung in wässriger Lösung und damit ihre Absorption zu verbessern.
Nanokristalle bestehen nur aus dem Arzneimittel in Nanogröße (z. B. Sirolimus), was zu einer größeren Oberfläche für die Auflösung und Löslichkeit führt. Angesichts des wachsenden Interesses an Arzneimitteln auf Nanomedizinbasis müssen die Pharmakokinetik und Pharmakodynamik genau bewertet werden, um die Verabreichung des Arzneimittels an den Zielort zu optimieren und gleichzeitig die unerwünschten Wirkungen zu minimieren, da Nanopartikel so konzipiert sind, dass sie lange haltbar sind und nur minimal in den Organen ausgeschieden werden.
Die Modellierung der physiologisch basierten Pharmakokinetik (PBPK) ist ein leistungsfähiges mathematisches Instrument zur Quantifizierung der kinetischen Prozesse der Absorption, Verteilung, des Stoffwechsels und der Ausscheidung (ADME), insbesondere der Verteilung von Arzneimitteln in Organen und Geweben; dieses Instrument bietet einen erheblichen Nutzen für das Verständnis der Mechanismen, die an der Pharmakokinetik der Nanomedizin beteiligt sind, und der Quellen der Variabilität. In bestimmten Organen wie Leber, Milz und Lunge kann es aufgrund der physikochemischen Eigenschaften von Nanopartikeln wie Größe und Material zu erheblichen Schwankungen bei der Verteilung von Nanopartikeln kommen (5). In Verbindung mit pharmakodynamischen Modellen, die die pharmakologischen Wirkungen in den Zielgeweben bewerten, kann die PBPK-Modellierung Wirksamkeit und Toxizität vorhersagen und gleichzeitig die Verwendung von Tiermodellen einschränken.
(Siehe auch Übersicht Pharmakokinetik.)
Literatur
1. Astruc D: Introduction to nanomedicine. Molecules 21(1):E4, 2015. doi: 10.3390/molecules21010004
2. Bobo D, Robinson KJ, Islam J, et al: Nanoparticle-based medicines: A review of FDA-approved materials and clinical trials to date. Pharmaceutical Research 33(10):2373–2387, 2016. doi: 10.1007/s11095-016-1958-5
3. Abdelbaky SB, Ibrahim MT, Samy H, et al: Cancer immunotherapy from biology to nanomedicine. J Controlled Release 336(10):410-432. doi.org/10.1016/j.jconrel.2021.06.025
4. Allen TM, Cullis PR: Liposomal drug delivery systems: From concept to clinical applications. Adv Drug Deliv Rev 65(1):36-48, 2013. doi: 10.1016/j.addr.2012.09.037
5. Kumar M, Kulkarni P, Liu S, Chemuturi N, Shah DK: Nanoparticle biodistribution coefficients: A quantitative approach for understanding the tissue distribution of nanoparticles. Adv Drug Deliv Rev 194:114708, 2023. doi:10.1016/j.addr.2023.114708
