Анатомические особенности расположения органа зрения создают иллюзию простоты лекарственной терапии офтальмологических заболеваний с помощью местного введения препаратов [1-3]. Действительно, введение лекарственных препаратов в конъюнктивальный мешок имеет ряд преимуществ: локализация эффектов препарата, что позволяет избежать ненужных системных побочных эффектов; введение препаратов, не требующее специальных навыков, что трудно достичь при системном введении, возможность использования удобного, неинвазивного и безболезненного метода, что особенно важно при длительной терапии. Вместе с тем местное применение лекарственных веществ в офтальмологии, несмотря на кажущуюся простоту, имеет ряд ограничений [4-6].

К обстоятельствам, ограничивающим эффективность этого пути введения, относятся прекорнеальные факторы, физиологические и биохимические особенности строения роговицы, а также физико-химические свойства лекарственного вещества и его растворителя [7].

Офтальмологические лекарственные формы для местного применения быстро удаляются из конъюнктивального мешка, поэтому время поглощения лекарства составляет только несколько минут, определяя низкую биодоступность лекарственного препарата, обычно менее 5% [8]. Важную роль в этом процессе играет слезная жидкость (СЖ). Образуемая ею пленка имеет три слоя: внешний липидный слой, средний - гидрофильный и внутренний слизистый. Липидный слой предотвращает высыхание среднего слоя. Муцин за счет взаимодействия с поверхностью глаза обеспечивает более плотный контакт гидрофильной части СЖ.

СЖ по ряду причин является препятствием для вводимых местно лекарственных препаратов.

«Слезный» клиренс обеспечивает удаление препарата из прекорнеальной области и увеличивает всасывание препарата окружающими тканями. Кроме того, белки СЖ способны сорбировать лекарственные препараты, снижая биодоступность последних до 5% [9]. Связывание их с лекарственными веществами способно изменять биодоступность последних. Содержащиеся в СЖ белки структурно и функционально гетерогенны [10]. Общее число таких белков по разным данным составляет 60-500, в том числе протеазы и ингибиторы протеаз [11]. Основными белками являются лактоферрин, лизозим, липокалин, липофилин, белки комплемента и иммуноглобулины. Важный протеин СЖ липокаин имеет несколько мест связывания, что предполагает его взаимодействие с другими компонентами СЖ. Противотуберкулезный препарат рифампицин образует с липокаином прочный комплекс. Этот комплекс теряет стабильность в кислой среде, поэтому липокаин может рассматриваться как потенциальная транспортная система для доставки рифампицина в очаг специфического воспаления [12].

Лактоферрин, относящийся к мультифункциональным структурам, является компонентом иммунной системы и обладает нуклеазной активностью. Наряду с этим С-концевая часть лактоферрина может связываться с НПВС, блокаторами ЦОГ2, эторикоксибом, парекоксибом и нимесулидом, угнетая их активность при местном применении [13]. Лизозим, фермент с гликозид-гидролазной активностью, за счет гидрофобных взаимодействий способен связываться с пенициллинами и цефалоспоринами (цефрадин, цефуроксим, цефотаксим, цефтриаксон). Важным активным ферментом СЖ является кальцийзависимая фосфолипаза А2, в норме обеспечивающая бактерицидную активность в отношении грамположительных бактерий. Но фосфолипазная активность фермента увеличивает порозность мембран липосом, приводя к преждевременному выделению лекарственного препарата. В состав СЖ входят 12 ферментов, включающих альдолазу, пируваткиназу, амилазу, металлопротеиназы, которые способны оказать влияние на фармакокинетику офтальмологических препаратов [14, 15].

Наличие в СЖ белков, способных связывать лекарственные препараты, приводит к конкуренции последних за места связывания при комбинированном применении. Так, комбинированное применение тимолола и пилокарпина приводит к снижению концентрации бета-блокатора в тканях глаза за счет увеличения связывания с белками СЖ [16]. Пилокарпина нитрат повышал биологическую активность в 10 раз при его комбинировании с цетилпиридиния хлоридом, вытесняющим пилокарпин из связи с белками СЖ [17].

Роговица является следующим существенным барьером на пути лекарственных препаратов. Эта структура глаза является уникальной, так как имеет гидрофильную часть, строму, покрытую, как сандвич, с двух сторон двумя липидными слоями (эпителия и эндотелия). В результате препараты, которые одновременно имеют как гидрофобную, так и гидрофильную природу, могут проникать через ткани роговицы свободно. Если же препараты являются полярными или высоколипофильными соединениями, они проникают в роговицу значительно менее эффективно. Пока лекарственное средство находится в контакте с внешней поверхностью глаза, градиент концентрации служит в качестве движущей силы проникновения в роговицу. В этом случае физико-химические свойства, такие как растворимость в воде и липофильность, являются двумя определяющими факторами, которые регулируют скорость проникновения препаратов через роговицу. Другие физические свойства молекул (например, рКа и коэффициент распределения) также могут оказать влияние на проницаемость роговицы глаза [18].

Роговица является не только барьером для механических повреждений, но также обеспечивает избирательную проницаемость для химических соединений с целью поддержания гомеостаза в тканях передней камеры глаза. Структурно и функционально в роговице можно выделить эпителиальный слой, строму и эндотелиальный монослой. Барьерные функции эпителия обеспечиваются развитой системой активного транспорта, регулирующего поступление в клетки и выведение гидрофильных и липофильных соединений, а также плотными контактами между телами эпителиальных клеток [19].

В процессе формирования поверхностного слоя эпителия роговицы эпителиоциты экспрессируют плотные контакты, которые не характерны для более глубоких слоев эпителия. Плотные контакты в значительной степени снижают парацеллюлярный транспорт, являющийся механизмом проникновения гидрофильных веществ. Таким образом, поверхностные слои эпителия роговицы представляют препятствие для проникновения гидрофильных веществ [20]. Этим фактором определяется низкая проницаемость ряда лекарственных веществ через роговицу. Через неповрежденную роговицу плохо проникают гидрофильный амикацин [21], циклоспорин А [22], липофильный дексаметазон [23], вариконазол [24], гатифлоксацин [25]. Повреждение эпителия перед инстилляцией лекарственного препарата значительно снижает защитные свойства роговицы [26].

Обеспечение доставки необходимых для жизни веществ определяет наличие в эпителии роговицы развитых систем облегченного и активного транспорта. Эти виды транспорта имеют большее значение для доставки гидрофильных соединений, нежели для проникновения липофильных лекарственных средств, что связано с низкой пассивной диффузией гидрофильных лекарственных средств через мембрану. Транспортные системы, экспрессированные на апикальной поверхности эпителиальных клеток роговицы, обеспечивают активную доставку гидрофильных соединений. Для липофильных соединений, легко проникающих через клеточные мембраны, существует обратный транспорт, осуществляемый специфическими транспортными системами.

Транспорт аминокислот в эпителии роговицы важен, потому что эпителий представляет собой интенсивно регенерирующую ткань c непрерывным синтезом белка. Основным источником питательных веществ в эпителии является водянистая влага и в меньшей степени лимбальное кровообращение. Аминокислоты активно поступают в эпителий роговицы из водянистой влаги, тогда как слезная сторона эпителия выступает в качестве диффузионного барьера [27]. Концентрация аминокислот в СЖ сопоставима с плазмой за исключением аспарагината, глутаминовой кислоты и таурина, которые присутствуют в СЖ в гораздо более высоких концентрациях, чем в плазме [28].

Транспортные системы аминокислот включают SLC1 (преимущественно глутамат и нейтральные аминокислоты), SLC6 (глицин, ГАМК). Система SLC7 LAT опосредует Na⁺-независимый транспорт больших нейтральных ароматических аминокислот. Субстратами для LAT1 являются лейцин, фенилаланин, метионин глутамин, глицин, серин. Эта транспортная система также участвует в доставке таких лекарственных препаратов, как L-ДОПА, метилдопа, габапентин и мелфалан [29], баклофен [30].

Транспортеры олигопептидов SLC15 принадлежат к суперсемейству протонассоциированных транспортеров олигопептидов (POT) [31]. PepT1 и PepT2 транспортируют ди- и трипептиды, а также β-лактамные антибиотики, ингибиторы АПФ, ингибиторы ренина и аналоги вирусных нуклеозидов (валацикловир, валганцикловир).

SLCO - органический анионный транспортер полипептидов участвует в переносе как эндогенных соединений (например, соли желчных кислот, стероидные конъюгаты, гормоны щитовидной железы), так и лекарственных препаратов (например, эналаприл, правастатин, фексофенадин, зидовудин, дексаметазон и дигоксин) [32].

Барьерная функция эпителия роговицы во многом определяется также наличием АВС - транспортеров, представляющих самое большое семейство белков, не только обеспечивающих барьерную функцию для ксенобиотиков, но также лимитирующих транспорт лекарственных веществ в глаз. Эти транспортеры относятся к мембранным белкам, состоящим из многих доменов и использующим энергию АТФ для транспорта веществ через клеточные мембраны у всех позвоночных [33]. В это семейство белков входят MDR1/ABCB1 (белки множественной лекарственной устойчивости; P-gp), белки множественной устойчивости MRP4/ABCC4, а также BCRP/ABCG2 (белок устойчивости опухоли молочной железы). В роговице субстратами для P-gp могут быть противоопухолевые средства этопосид, доксорубицин, винкристин; блокаторы кальциевых каналов верапамил и дилтиазем; ингибиторы ВИЧ протеазы индинавир и ритонавир; гормоны тестостерон, прогестерон; иммунодепрессанты такролимус, циклоспорин; эритромицин, дигоксин, хинидин, фексофенамид, лоперамид. Транспортер MRP4/ABCC4 имеет сродство к нуклеозидным аналогам, к числу которых относятся противоопухолевые средства 6-меркаптопурин и метотрексат, противовирусные препараты адефовир и тенофовир. Кроме того, этот фермент «выкачивает» диуретики фуросемид и трихлорметиазид, антибиотики цефазолин и цефтизоксим. Субстратами для BCRP/ABCG2 являются противоопухолевые средства метотрексат, митоксантрон, топотекан и иматиниб; статины розувастатин и питавастатин, а также дантролен, празозин, нитрофурантоин.

Строма - расположенный глубже слой гидратированного коллагена является препятствием для липофильных соединений [34-36]. Для гидрофильных соединений строма, напротив, предпочтительнее, чем эпителий и эндотелий. В модели in vitro изолированная роговица кролика помещалась в двухкамерную систему, в которой роговица служила перегородкой между камерами. В раствор со стороны эндотелия роговицы добавляли гидрофильный краситель флуоресцеин. Краситель быстро проникал через эндотелиальный слой за счет транс- и парацеллюлярного транспорта. В конечном итоге концентрация гидрофильного флуоресцеина в строме была выше, чем в эндотелии и эпителии. В эпителии краситель появился со значительным латентным периодом [37].

Эндотелий роговицы защищает строму от водянистой влаги. Эта структура представлена монослоем гексагональных клеток, образующих мозаичную поверхность. Основной функцией стромы является сохранение тургора стромы, что является гарантией сохранения прозрачности последней. Гидрофильные глюкозаминогликаны стромы определяют постоянный ток жидкости из передней камеры через эндотелий в строму. Несмотря на наличие плотных контактов эндотелий роговицы обладает порозностью, поэтому трансэндотелиальное сопротивление невелико и составляет 30 мОм [38, 39].

C целью повышения эффективности, увеличения локальной биодоступности были предложены многочисленные системы контролируемого высвобождения офтальмологических препаратов на основе растворимых полимеров [40].

По ряду причин (сложность использования, раздражающее действие) эти системы не смогли вытеснить местное применение лекарственных препаратов. В связи с этим оптимизация существующих офтальмологических лекарственных средств для местного применения остается актуальной задачей. Использование веществ, повышающих проницаемость роговицы, наиболее эффективно в отношении гидрофильных и крупных молекул [41]. К сожалению, многие из этих веществ обладают нежелательными эффектами [42].

С целью увеличения транспорта лекарственных веществ через роговицу используют специфические системы доставки. Двойственный c физико-химической точки зрения характер слезного барьера, а также гетерогенная структура роговицы обусловливают значительный интерес к липосомам как системе доставки лекарств. Уникальное строение фосфолипидного бислоя липосом делает их в одинаковой степени толерантными к гидрофильной и липофильной средам. Наряду с этим липосомы могут транспортировать липофильные вещества за счет растворения в липидной оболочке, а также гидрофильные вещества, включенные в один компартмент внутри липосомы или более (в зависимости от ее строения, уни- или мультиламелярной) [43]. Указанные факторы определяют эффективность липосом при местном применении [44]. Кроме того, включение лекарственных препаратов в липосомы может защитить их от воздействия ферментов, находящихся в СЖ.

Известно, что включенные в липосомы препараты обеспечивают значительно большую концентрацию лекарственного средства в средах глаза по сравнению с растворами [45-47]. При этом кинетика препаратов, как липосомальных, так и растворов в СЖ практически не различается, что указывает на отсутствие способности липосом обеспечить пролонгирование действия препарата на прекорнеальном уровне. Таким образом, повышение локальной биодоступности липосомальных офтальмологических препаратов обусловлено взаимодействием липосом с эпителием роговицы [48].

Строение липидного бислоя липосом во многом определяет их взаимодействие с тканями организма и облегченное проникновение в ткани при местном применении. Выделяют несколько возможных механизмов этого процесса [49, 50].

Стабильная абсорбция липосом на поверхности клеток без выделения лекарственного препарата и обмена липидами между клеточным и липосомальным бислоями.

В результате при повышении проницаемости обеих липидных мембран (клетки и липосомы) возможно проникновение гидрофильного содержимого липосомы в клетку.

Неспецифический или рецепторопосредованный фагоцитоз. При этом внутри клетки оказывается как липидная составляющая липосомы (возможно, с растворенными в ней препаратами), так и ее гидрофильное ядро.

Слияние липосомы и клетки, при этом гидрофильная часть липосомы попадает в цитоплазму, а ее мембрана может быть встроена в мембрану клетки.

Обмен липидами, который не приводит к разрушению липосомы.

Липосомы, содержащие алкильный фосфолипид перифозин, способны увеличивать проникновение лекарственных веществ за счет изменения формы эпителиоцитов и как следствие повышения порозности плотных контактов [51].

В эксперименте in vitro исследовалась способность липосом взаимодействовать с изолированными клетками роговицы. С целью идентификации гидрофильной и липофильной частей липосом к ним добавляли флуоресцентные красители, соответственно родамин и карбоксифлуоресцеин. Взаимодействие липосом с клетками оценивали по наличию флуоресценции в клетках. Внутри клеток был обнаружен гидрофильный краситель карбоксифлуоресцеин (который не проникает самостоятельно через мембраны клеток), что свидетельствует о переносе содержимого липосом в клетки. Добавление в питательную среду одновременно с липосомами ингибиторов метаболизма 2-дезоксиглюкозы и натрия азида снижало флуоресценцию внутри клеток соответственно на 55 и 49%, что свидетельствует о наличии компонента активного захвата липосом. Тем не менее полностью предотвратить появление флуоресценции в клетке не удалось, что свидетельствует о пассивном компоненте (возможно, слиянии) транспорта липосом. Снижение внутриклеточной флуоресценции при введении ингибитора актина цитохалазина В дает основания предполагать, что механизмом активного захвата липосом является фагоцитоз. Липосомы способны проходить клетку насквозь и таким образом преодолевать роговицу за счет трансцитоза. Эффективность трансцитоза в эпителиальных клетках зависит от текучести мембран и заряда. Выраженной способностью к трансцитозу обладали позитивно заряженные липосомы, содержащие в мембране DOPE (диолеилфосфатидилэтаноламин) [52].

Эффективность липосом во многом определяется степенью их поглощения роговицей, а также скоростью высвобождения инкапсулированных соединений [53]. Оптимизация химического состава липосом позволила повысить биодоступность включенных препаратов [54]. Так, Т. McCalden и М. Levy [55] показали, что положительно заряженные фосфолипиды в составе липосом увеличивали время контакта липосом с поверхностью роговицы глаза у кроликов. Большие липосомы успешнее противостоят дренажу через внутренний угол глазной щели, что увеличивает их содержание на поверхности глаза [56]. Повышение плотности липосом на поверхности роговицы приводило к увеличению проникновения инкапсулированного препарата [57].

Почти каждый класс местно или субконъюнктивально применяемых офтальмологических препаратов был изучен в липосомальной форме с перспективой улучшить проникновение через роговицу глаза и его локальные фармакокинетические параметры [58]. В опытах на животных липосомальные препараты обнаруживались в роговице, склере, сетчатке и сосудистой оболочке глаза почти через 7 дней после субконъюнктивального введения. Этот факт может привести к уменьшению частоты введения препарата и увеличению комплаентности пациентов [59].

По меньшей мере три антибиотика были протестированы в липосомальной форме. H. Lin и соавт. [60] продемонстрировали, что в опытах in vitro липосомальный норфлоксацин накапливался в роговице в большей концентрации, чем свободное лекарственное средство, хотя и проходил через роговицу более медленно. Эти результаты нашли подтверждение и в клинических условиях, показав также, что липосомный препарат сопротивлялся дренажу с поверхности роговицы глаза сильнее, чем свободнорастворенное лекарственное средство (см. таблицу).

Липосомы, представляющие собой липидные везикулярные структуры, широко используются как системы доставки лекарств при наружном и системном применении. Входящие в состав липосом фосфолипиды образуют полярную гидрофильную поверхность везикул и высоколипофильную среду внутри бислоя. Это создает характерную для липосом амбивалентность, что определяет условия для их проникновения через гидрофильные и липофильные среды глаза, в том числе через барьеры передней и задней камер глаза. Благодаря этому липосомы являются эффективным средством транспорта лекарственных препаратов при инстилляции в конъюнктивальный мешок для целенаправленной доставки в конъюнктиву, хрусталик и ресничное тело.

Частичное финансирование написания данного обзора осуществлялось за счет грантов:

«Mechanisms underlying anticataract effect of liposomal formulation of tocotrienol in streptozotocin-induced diabetic rats» (RMI, UiTM, Malaysia), 600-RMI/RAGS5/3(105/2013).

«Studies to investigate mechanism of anticataract effect

of magnesium taurate in rats» (RMI, UiTM, Malaysia),

600-RMI/DANA 5/3RIF(491/2012).