PLGA (Poly lactic-co-glycolic acid) sebagai Penghantar Obat Terkendali yang Biodegradable

September 19, 2016

Sejumlah penelitian telah dilakukan pada penghantaran obat dengan polimer-polimer biodegradable sejak pengenalan mereka sebagai perangkat bedah yang bioresorsible sekitar tiga decade lalu. Diantara semua biomaterial, aplikasi polimer biodegradable poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) menunjukkan potensi yang besar sekali sebagai suatu pembawa penghantaran obat dan sebagai kerangka untuk rekayasa jaringan. PLGA adalah suatu golongan polimer biodegradable yang sudah disetujui oleh FDA (FDA-approved) yang secara fisik kuat dan sangat biocompatible dan telah dikaji secara ekstensif sebagai perangkat penghantaran untuk obat, protein, dan berbagai macam makromolekul seperti DNA, RNA, dan peptide. PLGA paling popular di antara sekian polimer biodegradable yang ada karena pengalaman kliniknya yang panjang, memiliki karakteristik degradasi yang menyenangkan, dan kemungkinan untuk penghantaran obat yang berkelanjutan. Literature terkini menunjukkan bahwa degradasi PLGA dapat diterapkan untuk pelepasan obat berkelanjutan pada dosis yang diinginkan dengan implantasi tanpa prosedur pembedahan. Bahkan, sangat dimungkinkan untuk menyesuaikan sifat fisik secara keseluruhan matriks polimer-obat dengan mengendalikan parameter-parameter yang relevan sepeti berat molekul polimer, rasio lactide terhadap glycolide dan konsentrasi obat untuk mencapai dosis yang dikehendaki dan interval pelepasan bergantung pada jenis obat. Meskipun demikian, potensi toksisitas dari dosis yang berlebih (dose dumping), pelepasan yang inkonsisten dan interaksi obat-polimer memerlukan evaluasi yang detail.

Material biodegradable adalah material yang berasal dari alam atau sintetis dan terdegradasi in vivo, baik secara enzimatis atau non-enzimatis atau keduanya, menghasilkan biocompatible, aman secara toksikologi by-products yang selanjutnya dieliminasi oleh jalur metabolic normal. Jumlah material yang dapat digunakan di dalam atau sebagai tambahan (adjuncts) dalam penghantaran obat terkendali meningkat secara dramatis lebih dari satu decade ke belakang. Kategori dasar biomaterial yang digunakan dalam penghantaran obat dapat diklasifikasikan secara luas sebagai (1) polimer biodegradable sintetis, yang termasuk material-material relative hidrofobik seperti asam α-hidroksi (suatu golongan termasuk poly lactic-co-glycolic acid, PLGA), polianhidrida, dan yang lain, dan (2) polimer yang terjadi secara alami, semacam gula kompleks (hyaluronan, kitosan) dan inorganic (hidroksiapatit). Jumlah material yang digunakan dalam penghantaran obat meningkat akibat beragamnya penyakit, rentang dosis dan kebutuhan khusus yang harus diterapkan. Biokompatibilitas sangat penting, namun biokompatibilitas bukan suatu sifat intrinsic suatu material, tapi tergantung pada lingkungan biologi dan tolerabilitas yang ada sehubungan dengan interaksi jaringan-obat-polimer.

Polyester PLGA adalah kopolimer poly lactic acid (PLA) dan poly glycolic acid (PGA). Poly lactic acid mengandung suatu asimetris α-karbon yang digambarkan sebagai bentuk D atau L dalam stereokimia klasikal dan terkadang sebagai bentuk R dan S, masing-masing. Bentuk enantiomer dari polimer PLA adalah poly D-lactic acid (PDLA) dan poly L-lactic acid (PLLA). PLGA biasanya akronim untuk poly D,L-lactic-co-glycolic acid di mana bentuk D- dan L- asam laktat berada pada rasio yang sama.

Sifat fisikokimia optis aktif PDLA dan PLLA hamper sama. Umumnya, polimer PLA dapat dibuat dalam bentuk yang sangat kristalin (PLLA) atau benar-benar amorf dikarenakan rantai polimer teratur. PGA batal dari setiap gugus sisi metil dan menunjukkan struktur yang sangat kristalin berbeda dengan PLA seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1. PLGA dapat diproses menjadi hampir semua bentuk dan ukuran, dan dapat mengenkapsulasi molekul hampir setiap ukuran. PLGA larut dalam pelarut pada umumnya termasuk pelarut terklorinasi, tetrahidrofuran, aseton atau etil asetat. Di dalam air, PLGA terbiodegradasi oleh hidrolisis ikatan esternya (Gambar 2). Kehadiran gugus sisi metil dalam PLA membuatnya lebih hidrofobik daripada PGA sehingga kopolimer PLGA kaya lactide kurang hidrofilik, kurang menyerap air dan terdegradasi lebih pelan. Disebabkan oleh hidrolisis PLGA, parameter yang biasanya dianggap sebagai deskripsi invarian dari suatu formulasi solid dapat berubah dengan waktu, seperti temperature transisi kaca/glass (Tg), kandungan lembang dan berat molekul. Efek sifat-sifat polimer ini pada laju pelepasan obat dari matriks polimer biodegradable telah dikaji secara luas. Perubahan sifat PLGA selama biodegradasi polimer mempengaruhi laju pelepasan dan degradasi molekul obat yang diinkorporasikan. Sifat fisik PLGA bergantung pada beberapa factor, termasuk berat molekul awal, rasio lactide terhadap glycolide, ukuran perangkat, terpapar terhadap air (bentuk permukaan) dan temperature penyimpanan. Kekuatan mekanik PLGA dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik seperti berat molekul dan indeks polidispersitas. Sifat-sifat ini juga mempengaruhi kemampuan diformulasi menjadi perangkat penghantaran obat dan dapat mengendalikan laju degradasi perangkat dan hidrolisis. Studi terkini menunjukkan bahwa jenis obat juga berperan dalam laju pelepasan. Kekuatan mekanik, sifat mengembang, kapasitas mengalami hidrolisis dan selanjutnya laju biodegradasi polimer secara langsung dipengaruhi oleh derajat kristalinitas PLGA, yang selanjutnya bergantung pada jenis dan rasio molar komponen monomer individu dalam rantai kopolimer. PGA kristalin, ketika mengalami ko-polimer dengan PLA, mengurangi derajat kristalinitas PLGA dan sebagai hasilnya meningkatkan laju hidrasi dan hidrolisis. Lazimnya, kandungan PGA yang lebih tinggi mengarah ke laju degradasi yang lebih cepat dengan suatu pengecualian rasio 50:50 PLA/PGA, yang menunjukkan degradasi tercepat. Derajat kristalinitas dan titik leleh polimer secara langsung terkait dengan berat molekul polimer. Tg (glass transition temperature) dari kopolimer PLGA dilaporkan di atas temperatur fisiologis 37°C sehingga seperti kaca secala alami, lalu menunjukkan struktur rantai yang cukup kaku/rigid. Sudah dilaporkan juga bahwa Tg PLGA menurun seiring berkurangnya kandungan lactide di dalam komposisi kopolimer dan dengan penurunan berat molekul. Polimer PLGA yang tersedia secara komersial biasanya dikarakterisasi dalam term viskositas intrinsik, yang terkait langsung dengan berat molekul mereka.

Perangkat khusus penghantaran obat, yaitu PLGA, harus dapat menghantarkan obatnya dengan durasi, biodistribusi, dan konsentrasi yang sesuai untuk efek terapi yang dikehendaki. Oleh karena itu, pentingnya desain, termasuk material, geometri dan lokasi harus menginkorporasikan mekanisme degradasi dan klirens perangkat sebaik obatnya (API/active pharmaceutical ingredients). Biodistribusi dan farmakokinetik PLGA mengikuti suatu profil non-linier dan bergantung dosis (dose-dependent). Lebih jauh, kajian sebelumnya menyarankan bahwa klirens darah dan uptake oleh mononuclear phagocyte system (MPS) mungkin tergantung pada dosis dan komposisi sistem pembawa PLGA. Bahkan, autobiography seluruh tubuh dan eksperimen distribusi kuantitatif mengindikasikan bahwa beberapa formulasi PLGA, seperti nanopartikel, terakumulasi cukup cepat di dalam liver, sumsum tulang, kelenjar getah bening, limpa dan makrofag peritoneal. Degradasi pembawa PLGA cukup cepat pada tahap awal (sekitar 30%) dan nantinya lambat dibersihkan oleh respirasi di paru-paru. Untuk mengatasi keterbatasan ini, beberapa studi telah dilakukan untuk mengkaji peran modifikasi permukaan, menyarankan bahwa inkorporasi surfaktan dapat meningkatkan waktu paruh sirkulasi darah secara signifikan.

 

Referensi:

Hirenkumar K. Makadia dan Steven J. Siegel. Poly Lactic-co-Glycolic Acid (PLGA) as Biodegradable Controlled Drug Delivery Carrier. Polymers (Basel). 2011 September 1; 3(3): 1377-1397.


Integrin, Myofibroblas, dan Organ Fibrosis

April 13, 2016

Myofibroblas adalah sumber utama komponen matriks ekstraseluler yang terakumulasi selama fibrosis jaringan, dan hepatic stellate cells (HSC) dipercaya menjadi sumber utama myofibroblas di dalam liver. Sampai saat ini, sistem yang kuat untuk memanipulasi sel-sel ini secara genetik belum dikembangkan. Dilaporkan bahwa Cre di bawah kontrol promoter Pdgfrb (Pdgfrb-Cre) menginaktivasi gen loxP-flanked di dalam tikus HSC dengan efisiensi tinggi. Digunakan sistem untuk menghapus gene yang meng-encoding integrin subunit αv karena beberapa integring yang mengandung αv disarankan sebagai mediator sentral fibrosis dalam banyak organ. Seperti tikus yang dilindungi dari deplesi dari fibrosis hati CCl4-induced, sedangkan kehilangan global integrin β3, β5, atau β6 atau kehilangan kondisional integrin β8 dalam HSC tidak. Juga ditemukan bahwa Pdgfrb-Cre efektif menjadi target myofibroblas dalam beberapa organ, dan deplesi integrin subunit αv menggunakan sistem ini adalah pelindung dalam model lain fibrosis organ, termasuk fibrosis pulmonari (paru-paru) dan renal (ginjal). Blokade farmakologi integrin yang mengandung αv oleh suatu molekul kecil (CWHM 12) melemahkan fibrosis liver dan lung (paru-paru), termasuk dalam suatu cara terapi. Data-data ini mengidentifikasi suatu jalur inti yang meregulasi fibrosis dan memungkinkan target farmakologi seluruh integrin αv mempunyai utilitas klinis dalam treatmen pasien dengan suatu penyakit fibrosis yang berspektrum luas.

Di dalam beberapa organ, integrin dapat mengendalikan pelepasan dan aktivasi sitokin profibrogenik penting transforming growth factor beta (TGF-β). Hal ini penting, efek regulatori integrin ini pada aktivitas TGF-β terlihat terutama untuk melibatkan integrin yang mengandung αv. Jaringan myofibroblas, yang sel-sel efektornya dominan selama fibrosis dalam beberapa organ, mengekspresikan banyak integrin yang mengandung αv. Oleh karena itu, temuan ini menyarankan bahwa integrin αv itu sendiri bisa menjadi esensial untuk pengembangan fibrosis, tanpa memperhatikan keterkaitannya dengan subunit β.

Aspek yang paling menarik dalam penelitian ini adalah integrin αv penting dalam survival dan/atau fungsi myofibroblas liver. Delesi yang ditargetkan oleh integrin αv dalam myofibroblas dilindungi terhadap organ fibrosis secara in vivo dan in vitro. Fungsi integrin hanya sebagai heterodimer obligat, dengan subunit α dan β yang diperlukan untuk fungsinya; menariknya, pengaturan heterodimer ini terjaga meskipun dalam organisme primitif.

Referensi:

Henderson N.C., Arnold T.D., Katamura Y., Giacomini M.M., Rodriguez J.D., McCarty J.H, et al. Targeting of αv integrin identities a core molecular pathway that regulates fibrosis in several organs. Nat. Med. 2013; 19: 1617-1624.


Heterogenitas Makrofag dalam Luka Liver dan Fibrosis

April 7, 2016

Makrofag hati adalah sentral dalam patogenesis luka liver kronis dan sudah diusulkan sebagai target yang potensial dalam menangani fibrosis. Studi eksperimental terkini dalam model hewan uji mengungkapkan bahwa makrofag hati merupakan suatu populasi heterogen dari sel imun yg benar-benar ada yang memenuhi fungsi berbeda dalam homeostasis, progesi penyakit, dan pemulihan dari luka. Rentangnya dari klirens/pembersihan patogen atau debris seluler  dan perawatan toleransi imunologi dalam kondisi steady state (tunak); berperan utama dalam inisiasi dan melanggengkan inflamasi dalam respon terhadap luka; promoting liver fibrosis melalui aktivasi hepatic stellate cells (HSC) dalam kerusakan liver kronis; dan, terakhir, resolusi inflamasi dan fibrosis melalui degradasi matriks ekstraseluler (ECM) dan melepaskan sitokin anti-inflamasi. Heterogenitas seluler di dalam liver dijelaskan sebagian melalui asal makrofag. Makrofag hati dapat muncul dari monosit yang bersirkulasi, yang direkrut dari liver yang terluka melalui sinyal kemokin, atau dari self-renewing embryo-derived makrofag lokal, yang dikenal dengan sel Kupfer. Sel Kupfer penting untuk mengenali luka jaringan dan menginisiasi respon inflamatori, sementara infiltrasi Ly-6C+ monocyte-derived makrofag terhubungkan dengan inflamasi kronis dan fibrogenesis. Selain itu, proliferasi lokal makrofag lokal atau yang direkrut memungkinkan lebih lanjut berkontribusi terhadap akumulasi mereka di dalam liver yang terluka. Selama pemulihan fibrosis, sel monocyte-derived berdiferensiasi menjadi Ly-6C (Ly6C, Gr1) makrofag ‘restorative’ yang berekspresi rendah dan menyebabkan resolusi dari luka.

Heterogenitas makrofag diekspresikan oleh suatu diversitas tinggi dalam pelepasan sitokin, marker-marker permukaan sel, dan profil transkripsional. Supaya mengakomodasi spektrum luas dari fungsi dan fenotip makrofag, sel-sel ini diklasifikasikan menjadi makrofag M1 ‘pro-inflamatori’ atau M2 ‘immunoregulatori’, meskipun nomenklatur dikotomi sederhana ini tidak merefleksikan sepenuhnya biologi kompleks dari subset makrofag. Konsekuensinya, makrofag M2 sekarang dikategorikan lebih lanjut menjadi beberapa subtipe yang dapat menyembuhkan luka atau anti-inflamasi tetapi dapat juga menyebabkan inflamasi dalam beberapa keadaan. Makrofag M1 terkait erat dengan Th1 utamanya sel T CD4, di mana makrofag M2 saling mengikutsertakan dengan sel T Th2 CD4.

Selama inflamasi, kelompok makrofag hati berkembang, dan debat ilmiah yang menakjubkan berlangsung terus menerus terkait asal dan mekanisme pokok pengkayaan makrofag. Pada fase awal setelah inside berbahaya, makrofag hati yang immobile secara cepat mengeluarkan sitokin pro-inflamatori dan kemokin seperti IL-1β, TNF, CCL2, dan CCL5, yang mengaktivasi perlindungan parakrin atau jalur sinyal apoptosis dari hepatosit dan rekruitmen sel imun tambahan yang mendorong luka hati. Selain itu, tidak hanya stimuli inflamatori, tetapi sinyal metabolik juga memungkinkan memodulasi aktivasi makrofag hati, sebagai bukti  untuk overload lipid dan turunan kolesterol tertentu dalam sel Kupfer di dalam model penyakit hati berlemak dan steatohepatitis.

Hambatan utama pengembangan terapi baru untuk liver fibrosis bertarget makrofag adalah kekurangan data fungsional yang signifikan dalam manusia. Populasi makrofag berbeda dapat juga ditemukan dalam liver manusia, termasuk monosit/makrofag CD14++CD16- ‘klasikal’ dan CD14+CD16+ ‘non-klasikal’ sebaik sel CD16++ yang meliputi makrofag atypical (tidak khas) dan sel dendritik. Progresi penyakit liver kronik dari hepatitis ke fibrosis dan akhirnya ke sirosis berkaitan erat dengan suatu pengkayaan makrofag monocyte-derived CD14+CD16+ ‘non-klasikal’ di dalam pasien liver dengan etiologi penyakit yang bervariasi. Akumulasi sel-sel ini mungkin didasarkan pada dua mekanisme: memfasilitasi rekruitmen melintasi endotelium sinusoidal yang meradang dan transdiferensiasi lokal dari sel-sel prekursor CD14++CD16-, mengingatkan maturasi makrofag murin Ly-6C+ ke Ly-6Clo dalam eksperimental luka liver marmut.

Hambatan lain dalam temuan (penelitian) translating (penerjemahan) dari model tikus ke penyakit manusia adalah spektrum yang luas dari gangguan liver kronis dalam manusia. Ini sangat mungkin bahwa fungsionalitas subset makrofag hati dipengaruhi oleh sifat pokok penyakit hati (misalnya, overload lipid dalam penyakit liver berlemak; respon antigen-specific dalam hepatitis autoimun; dampak asam empedu dalam cholangiopati). Studi terkini fokus pada tahap progresi penyakit (fibrosis, sirosis) daripada sifat pokok luka. Oleh karena itu, penelitian translational selanjutnya dijamin mengarah ke karakteristik penyakit-specific monosit hati dan heterogenitas makrofag.

Referensi:

Frank Tacke and Henning W. Zimmermann. Macrophage heterogeneity in liver injury and fibrosis. Journal of Hepatology 2014 vol. 60: 1090-1096.


Terapi Tertarget Integrin

April 6, 2016

Integrin merupakan heterodimer, reseptor transmembran yang berfungsi sebagai mekanosensor, molekul pengikat (adhesi) dan platform transduksi sinyal dalam berbagai macam proses biologi. Integrin merupakan sentral bagi etiologi dan patologi beberapa kondisi penyakit. Oleh karena itu, inhibisi farmakologi integrin menjadi sesuatu yang sangat menarik untuk treatmen dan pencegahan penyakit. Dalam dua dekade terakhir ini beberapa obat integrin-targeted telah dibuat dan digunakan secara klinis, beberapa yang lain sedang dalam uji klinis dan masih menunjukkan harapan untuk dikembangkan melalui pengembangan praklinik.

Integrin adalah reseptor permukaan sel heterodimer yang ditemukan dalam hampir semua jenis sel metazoan, terdiri dari subunit-subunit α dan β yang terikat secara non-kovalen. Di dalam mamalia, telah diidentifikasi sebanyak 18 subunit α dan 8 subunit β. Dari kelompok ini, 24 kombinasi heterodimer yang berbeda telah diteliti secara in vivo yang memberikan spesifitas sel-ke-sel dan sel-ke-ligan yang relevan terhadap sel host dan lingkungannya sebagaimana fungsinya. Interaksi integrin-mediated dengan extracellular matrix (ECM) diperlukan untuk penempelan, organisasi sitoskeletal, mekanosensing, migrasi, proliferasi, diferensiasi, dan daya tahan hidup sel di dalam konteks proses biologi yang beragam termasuk fertilisasi, implantasi dan pengembangan embrionik, respon imun, resorpsi tulang dan agregasi platelet. Integrin juga berfungsi dalam proses patologi seperti inflamasi, penyembuhan luka, angiogenesis, dan metastasis tumor. Selain itu, ikatan integrin telah diidentifikasi sebagai alat virus untuk masuk ke sel.

Adhesi seluler yang dimediasi integrin merupakan proses yg dinamis yang diindikasikan dan dipengaruhi oleh status sel. Integrin tidak aktif berdiri sendiri tapi lebih eksis dalam kondisi aktivasi beragam di mana stabilitas ikatan ligan terkait dengan status aktivasi reseptor. Sifat dinamis integrin dimediasi sinyal dari isyarat ekstra dan intraseluler untuk meregulasi aktivasi. Faktor ekstraseluler yang mempengaruhi aktivasi integrin adalah ikatan ligan, konsentrasi kation divalen, sinyal kemokin, dan tekanan mekanik. Sinyal intraseluler yang bertemu sitoplasma bagian ekor integrin juga dapat mengaktivasi kondisi afinitas tinggi. Sinyal intraseluler yang menghasilkan aktivasi integrin dikenal sebagai peristiwa sinyaling “inside-out”.

Proses ligasi integrin melalui cel-ke-sel dan sel-ke-matriks yang kontak dengan transduksi sinyal intraseluler dikenal dengan sinyaling “outside-in”. Ekor integrin tidak mempunyai aktivitas kinase intrinsik melainkan menyediakan suatu tempat untuk docking berbagai kinase dan protein adaptor terkait yang meliputi adhesi fokal. Ekor β merupakan tempat docking utama di dalam pembentukan adhesi fokal, tetapi ekor α dalam beberapa kasus juga menyediakan tempat sinyal untuk peristiwa sinyaling yang bergantung kalsium. Sinyal yang memancar dari adhesi fokal menunjukkan untuk kelangsungan hidup, diferensiasi, dan proliferasi. Jika ligasi integrin tidak ada, proses-proses ini tidak akan terjadi, oleh karena itu inhibisi farmakologi dari ligasi integrin merupakan sesuatu yang sangat menarik untuk terapi beberapa penyakit yang diakibatkan oleh penyimpangan sinyal yang dimediasi integrin.

Dengan mengintegrasikan dan mentransduksi informasi tentang into dan out dari sel, integrin memediasi lokalisasi sel, bentuk, persebaran dan motilitas serta penentu kritis terkait kesehatan dan penyakit. Integrin memiliki implikasi dalam patogenesis penyakit inflamatori, agregasi platelet, progresi tumor sebaik osteoporosis dan degenerasi makular. Peran integrin dalam kondisi patologi ditambah dengan ‘druggabilitas’ mereka yang menyediakan aksesibilitas permukaan sel membuat mereka menjadi target farmakologi yang menarik.

Targeting tempat mengikat ligan telah dicapai melalui penggunaan antibodi, peptida siklik, disintegrin, peptidomimetik dan antagonis molekul kecil. Senyawa-senyawa ini dimaksudkan untuk mengikat integrin tertarget dalam suatu cara yang mirip ligan endogen sehingga menggantikannya dan mencegah ligasi integrin. Metode antagonis ini telah luas digunakan untuk beberapa alasan. Kekurangan data terstruktur yang informatif terkait integrin memunculkan desain antagonis rasional berdasarkan ligan-ligan yang diketahui.

Terapi tertarget integrin datang dalam beberapa bentuk, masing-masing jenis mempunyai kelebihan dan batasan masing-masing yang inheren. Selain itu, pendekatan terhadap desain obat spesifik integrin bergantung pada beberapa faktor termasuk aplikasi klinik yang diharapkan dan ketersediaan informasi terstruktur yang handal. Terdapat tiga jenis terapi integrin, yaitu antibodi tertarget, obat peptide-based dan molekul kecil, peptidomimetik.

Berdasarkan statusnya dalam aplikasi klinik terkini, terapi antibodi adalah yang paling banyak digunakan dalam obat-obat yang bertarget integrin. Terapi antibodi integrin-targeted yang terkini berada dalam pengembangan preklinik dan evaluasi klinik untuk treatmen kanker, multiple sklerosis, penyakit Crohn’s, psoriasis, rheumatoid arthritis dan sindrom koroner akut. Antibodi menguntungkan karena memiliki target spesifitas dan afinitas yang sangat tinggi, toksisitas yang terbatas terkait efek ‘off-target’. Dari aspek desain obat, antibodi lebih mudah dikembangkan karena tidak diperlukan data terstruktur high-resolution untuk pengembangan terapi. Sekali fungsi-bloking antibodi diketahui dapat dimodifikasi untuk meningkatkan spesifitas dan afinitas ikatannya serta menurunkan imunogenisitas. Antibodi dapat mempunyai sirkulasi masa berlaku yang panjang jika dibandingkan terhadap molekul kecil dan obat-obatan peptide-based sehingga meningkatkan durasi terapi, yang bergantung pada aplikasi yang diinginkan menguntungkan apa tidak menguntungkan. Kekurangan terkait terapi antibodi adalah produksinya berbiaya tinggi, perlu diberikan secara intravena dalam uji klinik, dan kecenderungan untuk imunogenisitas host dan reaksi infusi.

Obat-obatan peptide-based mewakili golongan obat lain yang didesain untuk target integrin. Obat-obatan ini menginkorporasi urutan peptida yang mirip terhadap urutan ligan yang diketahui di dalam ligan integrin endogen dan selanjutnya berkompetisi untuk tempat ikatan ligan di dalam integrin. Obat jenis ini menguntungkan untuk desain obat karena kebanyakan ligan endogen dan urutan pengakuan mereka telah ditentukan untuk masing-masing pasangan integrin.

 

Referensi:

Melissa Millard, Srinivas Odde, Nouri Neamati. Integrin Targeted Therapeutics. Theranostics 2011; 1:154-188.

 


Paradigma aktivasi makrofag M1 dan M2: waktu untuk reassessment.. Masih edisi belajar tentang makrofag

March 19, 2016

Konsep aktivasi klasik dan alternatif, yang juga diistilahkan dengan M1 dan M2 menyerupai nomenklatur sel Th, menjadi meningkat luas dan overinterpretasi, menghalangi pemahaman patogenesis dan kemungkinan manipulasi. Meskipun terdapat bukti bahwa banyak kombinasi stimulasi yang menentukan fenotip makrofag, pandangan kita terhadap proses yang kompleks ini menjadi terlalu bipolar.

Makrofag yang terlibat dalam organisme multiseluler sederhana membentuk fagositis membersihkan sel-sel yang mati selama perkembangan dan pendewasaan hidupnya, dan melindungi host-nya melalui imunitas alami (innate immunity), baik sebagai makrofag jaringan asal dan monosit-derived yang didapatkan sel selama inflamasi.

Pengembangan imunitas yang diperoleh dengan interaksi timbal balik antara makrofag dan limfosit B dan T teraktivasi memberikan tingkat regulasi yang baru dan mengakuisisi peningkatan resistensi antimikroba. Peranan Th1-derived interferon-gamma (IFN-ɣ) di dalam cell-mediated imunitas terhadap infeksi intraseluler dan interleukin-4 (IL-4) (Th2) di dalam infeksi parasit extracellular memberikan peningkatan terhadap konsep analog makrofag M1 dan M2, yang sekarang diperpanjang menjadi rentang yang lebih luas dari agen-agen imunomodulator dan fungsi trofik.

Makrofag adalah modulator kunci dan sel efektor dalam respons imun, aktivasi mereka mempengaruhi dan merespon terhadap bagian lain dari sistem imun. Pada tahun 1986, Mosmann, Coffman, dan koleganya mengajukan hipotesis bahwa dua subset sel T helper dapat dibedakan oleh sitokin yang disekresikan setelah aktivasi limfosit T, memediasi regulasi dan fungsi efektor yang berbeda. Coffman menceritakan bahwa hipotesis tersebut  diturunkan dari studi terpisah untuk menjawab pertanyaan berikut: “adakah analog sel T helper untuk mengklasifikasikan antibodi yang dibuat oleh sel B?” dan “bagaimana respon alergi, terutama golongan antibodi imunoglobulin E (IgE), diregulasi?”. Pertanyaan-pertanyaan ini secara implisit relevan untuk penyakit infeksi, yang mana patogen intraseluler dan ekstraseluler menginduksi masing-masing respon IgG vs IgE, dan makrofag yang berurusan dengan infeksi, tetapi juga dalam penyakit imun tipe 1 dan tipe 2 yang mana makrofag berkontribusi terhadap kerusakan jaringan dan patologi.

Istilah aktivasi makrofag (aktivasi klasikal) dikenalkan oleh Mackaness pada tahun 1960 dalam suatu konteks infeksi yang menggambarkan antigen-dependen, tetapi non-specific enhanced, aktivitas mikrobisida makrofag terhadap BCG (Bacillus Calmette-Guerin) dan Listeria pada pemaparan skunder terhadap patogen. Peningkatan selanjutnya dikaitkan dengan respon Th-1 dan produksi IFN-ɣ oleh sel imun antigen-activated dan diperpanjang pada sifat sitotoksik dan antitumor. Pada waktu itu, efek pada makrofag bagian imunitas Th2 mengarah pada IgE dan perlindungan parasit ekstraseluler dan respon alergi tetap belum jelas. Penemuan bahwa reseptor mannosa secara selektif diperkuat oleh Th2 IL-4 and IL-13 di dalam makrofag murine, dan menginduksi pembersihan ligan mannosilat endosit yang tinggi, meningkatkan major histocompatibility complex (MHC) ekspresi antigen kelas II, dan mengurangi sekresi sitokin pro-inflamasi, led Stein, Doyle, dan koleganya mengajukan bahwa IL-4 dan IL-13 menginduksi fenotip aktivasi alternatif, suatu keadaan yang sama sekali berbeda dari aktivasi IFN-γ tetapi jauh dari deaktivasi.

Sementara investigasi faktor-faktor yang mengatur metabolisme makrofag arginin, Mills dan kolega menemukan bahwa makrofag diaktivasi di dalam galur tikus dengan latar belakang Th1 dan Th2 yang secara kualitatif berbeda dalam kemampuan mereka merespon terhadap stimulasi klasik IFN-ɣ atau lipopolisakarida (LPS) atau keduanya dan mendefinisikan suatu perbedaan metabolik penting di dalam jalurnya: makrofag M1 membuat toksik nitrit oksida (NO), di mana makrofag M2 membuat poliamina trofik. Mereka mengajukan tesis bahwa istilah respon makrofag M1 dan M2, meskipun model ini ditangani lebih dengan predisposisi makrofag untuk membangun fenotip spesifik, itu bergantung pada transforming growth factor-beta (TGF-β)-mediated inhibisi inducible nitric oxide synthase (iNOS) dan tidak tergantung pada sel T dan B.

Bukti yang dapat dipercaya aktivasi alternatif makrofag in vivo, ekivalen dengan observasi Mackaness untuk patogen intraseluler, datang dari pekerjaan yang dilakukan oleh Allen, de Baetselier, Brombacher, dan kolega di dalam infeksi parasit, yang mena mendapati suatu respon IgE dan Th2 yang kuat; suatu review terkini memberikan perspektif fungsional yang lebih komprehensif yang mengungkapkan heterogenitas dalam respon, tergantung pada nematoda, jaringan, dan tipe makrofag.

Sampai sini, pertanyaan-pertanyaan selaras dengan konteks Th1 dan Th2. Bagaimanapun, faktor-faktor dan sitokin yang lain, seperti IL-10, TGF-β (saat ini diakui produk T regulator [Treg], dan glukokortikoid tidak sesuai secara jelas di dalam konteks respon Th1 Th2 dan walaupun demikian terlihat mengeluarkan fenotip yang mirip di dalam makrofag, dengan laporan yang menunjukkan upregulasi reseptor mannosa, induksi IL-10, dan terlihat antagonis terhadap stimulasi klasik dengan downregulasi inflamasi sitokin dan mengurangi mekanisme membunuh intermediat nitrogen reaktif dan intermediat oksigen reaktif. Untuk mengintegrasikan kemiripan dan perbedaan fenotip, Mantovani dan kolega mengumpulkan stimulasi dalam suatu rangkaian kesatuan antara dua kondisi terpolarisasi secara fungsional, berdasarkan efek mereka pada marker makrofag terseleksi, istilah M1 (IFN-ɣ dikombinasikan dengan LPS atau tumor necrosis factor [TNF]) dan M2 (IL-4 [M2a], IL-10, dan GCs [M2c]); aktivasi diinduksi oleh reseptor Fc dan immune-complexes, dideskripsikan oleh Mosser, diistilahkan M2b. Kategorisasi hati-hati ini juga membuat jarak antara grup M2, seperti “aktivasi produk Th2”, “aktivasi pro-Th2”, dan “imunoregulasi”. Selanjutnya, penemuan mengenai efek-efek granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) dan macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) di dalam makrofag menyebabkan inklusi independen ini seperti stimulasi M1 dan M2, masing-masing.

Klasifikasi terkini aktivasi imun makrofag adalah tantangan karena memperhatikan dua aspek yang sangat berbeda: efek-efek in vitro ligan immune-related terseleksi pada fenotip makrofag dan bukti in vivo untuk subset makrofag yang berbeda di dalam penyakit, dapat dibandingkan dengan respon sel T dan B- terpolarisasi. Batasan utama pandangan terkini adalah, pertama, hal ini mengabaikan sumber dan konteks stimuli; kedua, stimuli M1 dan M2 tidak eksis sendiri di dalam jaringan; dan, ketiga, makrofag mungkin tidak membentuk aktivasi clear-cut subset atau memperluas secara klonal. Setelah ini, kita mendiskusikan hal-hal ini dan aspek-aspek lain paradigma aktivasi makrofag berdasarkan bukti yang sudah dipublikasikan.

Pengelompokan stimuli M1 dan M2: kebutuhan untuk kontekstualisasi imunologi

Definisi makrofag M1 dan M2 terpolarisasikan sejak dari era pre-genomik, ketika sedikit marker dianggap menentukan perbedaan dan kemiripan dalam respon makrofag terhadap stimuli. Definisi awalnya memperhitungkan kemungkinan konteks stimuli, tetapi saat ini pandangan secara umum mengurangi perspektif ini. Untuk selanjutnya, updating pengetahuan signaling sitokin, peranan sitokin dalam pengembangan sistem hematopoietik dan dalam model penyakit dengan tikus yang dimodifikasi secara genetis dan analisis transkriptomik dan proteomik mengungkapkan suatu gambaran yang lebih kompleks dan tantangan pengelompokan terkini. Dalam seksi yang akan datang, kita berdiskusi peranan stimuli yang berbeda diperhatikan dalam paradigma M1 dan M2 dan menyoroti jalur signaling dan keganjilan ekspresi gen antara stimuli M1 dan M2.

Sumber:

Fernando O. Martinez dan Siamon Gordon, The M1 and M2 paradigm of macrophage activation: time for reassessment, F1000Prime Reports 2014, 6:13.


Glosarium.. Edisi belajar istilah-istilah yang terkait dengan polarisasi makrofag :)

March 4, 2016

Mononuclear phagocyte system (MPS)

Suatu kelompok sel turunan-sumsum tulang belakang dengan morfologi yang berbeda (makrofag monosit dan sel dendritik) yang terutama bertanggung jawab untuk sekresi sitokin fagositosis dan kehadiran antigen.

Makrofag M1

Makrofag dengan suatu aktivasi fenotip yang terkait dengan peningkatan aktivitas mikrobisidal dan fungsi antigen-presenting. Aktivasi tipe M1 biasanya dimodelkan secara in vitro dengan stimulasi interferon-ɣ dan/atau lipopolisakarida. Di dalam tikus, marker M1-associated  termasuk interleukin-12 molekul MHC kelas II dan nitric oxide synthase 2 (NOS2); namun makrofag manusia tidak menunjukkan induksi NOS2 dalam kondisi ini, meskipun memiliki fenotip fungsional yang mirip.

 

Makrofag M2

Makrofag yang berhubungan dengan infeksi parasitis dan respon imun tipe-T helper 2. Aktivasi tipe M2 biasanya dimodelkan secara in vitro dengan stimulasi interleukin-4 (IL-4) dan/atau IL-13. Di dalam tikus, marker M2-associated termasuk resistin-like-α yang juga dikenal sebagai FIZZ1, arginase 1, kitinase 3-like 3 (juga dikenal sebagai YM1), IL-10, dan makrofag mannosa reseptor 1 (juga dikenal sebagai CD 206); namun, makrofag M2 manusia tidak menunjukkan induksi resistin-like-α, arginase 1 dan kitinase 3-like 3, tetapi malah meng-upregulate ekspresi indoleamin 2,3-dioksigenase. Makrofag M2 berhubungan dengan antiinflamasi dan fungsi homeostatis yang terkait dengan penyembuhan luka, fibrosis, dan perbaikan jaringan.

 

Chromatin immunoprecipitation (ChIP)

Suatu metode yang cukup kuat untuk menguji hubungan fisika suatu protein nuklir yang dikenal dengan tempat target kandidat secara in vivo. Sel terlebih dahulu diperlakukan dengan suatu agen yang meng-crosslink protein ke DNA. Kromatin ini selanjutnya dipotong menjadi fragmen-fragmen dan protein ini adalah immunoprecipitated. Jika tempat target kandidat adalah co-precipitated (diukur dengan PCR), tempat target mungkin mengikat protein (secara langsung atau tidak langsung) secara in vivo. DNA immunoprecipitated juga bisa digunakan untuk hibridisasi menjadi microarray high-density (ChIP-chip) atau untuk sekuencing high-throughput (ChIP-seq) untuk menyediakan suatu pandangan genome-wide dari tempat ikatan suatu regulator transkripsional spesifik.

 

Promotor gen

Daerah regulatori yang RNA polimerase mengikat untuk memulai transkripsi. Upstream (bagian hulu) tempat rekruitmen RNA polimerase (promotor inti) adalah promotor regulatori di mana faktor-faktor transkripsi mengikat mengendalikan rekruitmen mesin trasnkripsional.

 

Enhancer

Elemen pengendali yang berlokasi pada jarak yang bervariasi dari gen, mereka mengatur dan yang protein regulatori multiple mengikat di sekitar itu mempengaruhi transkripsi gen. Secara in vitro, fungsi enhancer secara independen dalam suatu orientasi- dan posisi-, tetapi ini tidak jelas apakah hal ini juga benar secara in vivo.

 

Gen respon primer

Gen inducible yang transkripsinya tidak memerlukan sintesis protein baru.

 

Gen respon skunder

Gen inducible yang transkripsinya memerlukan sintesis protein baru (sintesis faktor-faktor transkripsi sering diperlukan untuk aktivasi gen-gen ini)

 

Kompleks SWI/SNF

Suatu kompleks protein ATP-dependent chromatin-remodelling yang awalnya diidentifikasi dalam ragi. Kompleks terkait eksis dalam mamalia dan terlibat dalam remodelling kromatin pada berbagai gen.

Sekuens gamma-activated

Tempat ikatan DNA spesifik untuk homodimer signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) yang memediasi respon terhadap interferon-ɣ.

Interferon-stimulated response elements (ISREs)

Motif DNA umum yang terikat oleh interferon-regulatory factors (IRFs). Elemen-elemen ini awalnya dikenal sebagai IRF enhancers (IRFEs).

Sumber:

Toby Lawrence dan Gioacchino Natoli, 2011, Transcriptional regulation of macrophage polarization: enabling diversity with identity, Nature Reviews: Immunology, volume 11, November, 750-761.


Tantangan Pengembangan Formulasi Obat untuk Pediatrik Per Oral yang Enak dan Nyaman (1)

June 16, 2010

Pengembangan obat-obatan pediatrik sangat menantang. Ini diakui oleh European Paedriatic Formulation Initiative (EuPFI), sebuah kelompok yang terdiri dari para ahli formulasi pediatrik yang terutama dari industri, akademisi, dan farmasi klinik. EuPFI didirikan pada 2007 dengan tujuan meningkatkan kepedulian terhadap isu-isu formulasi pediatrik. Area fokus terkini dari kelompok ini termasuk eksipien, pengujian rasa, perangkat penghantaran untuk pemberian obat-obatan, dan penyiapan sediaan.

Skema pengembangan menggambarkan perbedaan antara proses pengembangan obat untuk dewasa dan anak-anak. Sejak Regulasi Pediatrik yang baru mulai berlaku dalam Uni Eropa pada Januari 2007 (EMEA, 2006), Paedriatic Investigation Plan (PIP) mensyaratkan bahwa strategi produk obat pediatrik membutuhkan persetujuan  Komite Pediatrik EMEA pada awal tahap pengembangan (selambat-lambatnya diselesaikan relevan dengan studi farmakokinetik manusia pada dewasa). Pada tahap awal pengembangan ini, hanya sedikit data yang mungkin tersedia sebagai panduan pengembangan formulasi pediatrik. Data rasa biasanya tidak akan tersedia pada waktu mendaftarkan ke PIP, dan dosis pediatrik final mungkin belum ditetapkan sampai berikutnya dalam program pengembangan. Oleh karena itu, beberapa informasi tentang pilihan sediaan pediatrik, yang pemilihannya akan dipengaruhi oleh potensi penutupan rasa dan palatibilitas (enak dan nyaman) mungkin dibatasi dalam PIP.

Tantangan yang terkait dengan obat dan pengembangan formulasi

Selama awal pengembangan obat baru yang ditujukan untuk pemberian rute oral, perhatian utama adalah pada kesesuaian sifat campuran untuk sediaan orang dewasa, dengan tujuan pengembangan formulasi tablet atau kapsul. Meskipun sediaan solid diterima secara luas oleh anak-anak yang lebih tua (older children) dan remaja, anak-anak yang lebih muda (younger children) dan perawat mereka cenderung lebih suka formulasi likuid (CHMP, EMEA, 2006).

Rasa obat tidak diperhatikan ketika mulai menemukan senyawabaru untuk pengembangan. Alasannya adalah:

  • Kriteria seleksi yang paling relevan adalah keamanan, tolerabilitas, dan efikasi senyawa yang didasarkan pada pengujian nonklinik, stabilitas dan kristalinitas
  • Sediaan orang dewasa rasanya bisa dengan mudah ditutupi menggunakan enkapsulasi atau teknik penyalutan selaput (film coating), jika diperlukan.
  • Teknik untuk penapisan awal rasa senyawa dengan data toksisitas yang terbatas kurang kuat dan kurang handal (reliable). Diperlukan beberapa teknik yang efisien dan pembiayaan yang efektif dalam rangka untuk memungkinkan penilaian terhadap jumlah senyawa yang relatif banyak dan formulasi pada tahap pengembangan di mana tingkat erosi sangat tinggi.
  • Pemahaman terkini tentang hubungan struktur-rasa suatu molekul aktif secara farmasetika terbatas

Namun demikian, banyak obat yang sangat pahit, dan sebagai akibat dari uraian di atas, rasa yang kemudian sering ditemukan menjadi tidak enak selama pengembangan sediaan pediatrik. Teknik prediksi rasa secara in vitro dan in vivo seperti teknologi lidah elektronik dan model hewan menunjukkan beberapa awalan yang menjanjikan dan optimalisasi teknik-teknik ini harus terus didorong. Menilai sifat rasa obat pada tahap awal bisa memfasilitasi aktivitas pengembangan produk obat selanjutnya.

Selain itu, karakteristik kelarutan molekul mungkin tidak ideal untuk sediaan likuid yang lebih dipilih oleh anak-anak yang muda (young children). Senyawa dengan kelarutan tinggi sulit ditutupi rasanya dalam sediaan likuid, karena senyawa seperti ini tidak bisa diformulasi dengan mudah menjadi suspensi. Bahkan suspensi senyawa dengan kelarutan buruk dapat menunjukkan karakteristik palatabilitas yang buruk jika jumlah obat yang terlarut kecil melebihi ambang rasa manusia, atau jika rasa di mulut dikompromikan oleh zat obat yang disuspensikan.

Referensi: Anne Cram, Jörg Breitkreutz, Sabine Desset-Brèthes, Tony Nunn, Catherine Tuleu, 2009, Challenges of Developing Palatable Oral Paediatric Formulations, International Journal of Pharmaceutics 365, 1-3.