Отчет о трансдермальной проницаемости крема Revalife, содержащего глюкозамин
  • RU
  • UA

КРЕМ REVALIFE™ – СНИМАЕТ БОЛЬ В СУСТАВАХ И ПРОДЛЕВАЕТ ИМ ЖИЗНЬ

Отчет о трансдермальной проницаемости крема Revalife, содержащего глюкозамин

Авторы: Solomon T. Garner, JR., M.S., Phd. (solgar@aol.com).

Перспективы применения глюкозамина

В Европе глюкозамин использовали в течение более тридцати лет, начиная с 1970-х годов прошлого века, в качестве терапевтического препарата для лечения при остеоартрите [1, 2]. Таким образом, глюкозамина сульфат одобрен в качестве лекарственного средства, отпускаемого по рецепту, в некоторых европейских странах [3]. Эксперименты in vitro показали, что введение глюкозамина сульфата в человеческие хондроциты в тканевой культуре приводит к его включению в состав гликозаминогликанов (ГАГ), а также к активации синтеза ядерного белка, способствующего продукции протеогликана [4, 5].

Глюкозамин, образующийся в организме в виде глюкозамина 6-фосфата, является основным строительным блоком, необходимым для биосинтеза таких соединений, как гликолипиды, липопротеины, ГАГ, гиалуронаты и протеогликаны (рис. 1). Глюкозамин является нормальной составляющей в хрящевой матрице и синовиальной жидкости [6]. Глюкозамина 6-фосфат требуются для образования галактозамина, N-ацетилглюкозамина и хондроитинсульфата. Кератансульфат и гилуронаты играют центральную роль в сборке хрящевых матриц и необходимы для поддержания структурной и функциональной целостности суставного хряща. Глюкозамина 6-фосфат требуются
также для синтеза гиалуроновой кислоты, основы протеогликанов [7]. Данных о токсичности глюкозамина при высоких дозах нет. Экскреция в основном осуществляется через мочу и фекалии, причем из организма выводится 87% введенного перорально глюкозамина [8]. Основная гипотеза о действии глюкозамина заключается в том, что он позволяет обойти ограничивающий скорость метаболический блок при конверсии глюкозы в глюкозамин и стимулирует биосинтез ГАГ и гиалуроновой кислоты, необходимой для образования протеогликанов, обнаруженных в структурной матрице [5, 7].

Хотя терапевтическая польза глюкозамина и его аналогов изучены недостаточно [9], могут использоваться противовоспалительные способности экзогенного глюкозамина в уменьшении степени опухания и боли в суставах, сопоставимые с таковыми для НПВС [10-12]. Обнаружено, что при дегенерации хряща такие провоспалительные цитокины, как IL-1β и TNFα, связаны с повышенной деградацией хрящевой матрицы [13, 14]. Это также коррелирует с уменьшением экспрессии и синтеза гена хрящевой матрицы in vitro [15, 16]. По мнению некоторых авторов, экзогенный глюкозамин противодействует дегенеративным эффектам, которые IL-1β оказывает на синтез протеогликана [11, 15]. Также экзогенный глюкозамин снижает уровень образования оксида азота, индуцированного IL-1β и TNFα [16], и подавляет синтез циклооксигеназы-2 человеческими хондроцитами в ответ на действие IL-1β [17, 18].

Кроме того, предполагается, что экзогенный глюкозамин активирует синтез ГАГ, способствуя продуцированию протеогликанов без ограничиения превращения глюкозы в глюкозамин и, в конечном счете, в N-ацетил-D-глюкозамин (NАГ) глутамином (фруктозо-6-фосфат
амидотрансфераза) [18]. Поскольку глюкоза и глюкозамин являются другими субстратами глюкокиназы [19], фосфорилированный глюкозамин (глюкозамин-6-фосфат) ингибирует глюкокиназу и изменяет последующий метаболизм как глюкозы, так и глюкозамина [20]. Miwa et al. сообщили, что глюкокиназа имеет низкое сродство к NАГ [21]. То есть, NАГ киназа опосредует фосфорилирование NАГ для получения NAG-6-фосфата, который не влияет на активность глюкокиназы [22-24]. Таким образом, NАГ-6-фосфат не влияет на активность глюкокиназы, тем самым позволяя глюкозе и глюкозаминам оставаться неизменными в ходе метаболизма. С этой точки зрения биосинтезу ГАГ будет способствовать использование не глюкозамина, а NАГ или некоторых других ограничивающих синтез аналогов глюкозамина [16].

Рисунок 1. Глюкозаминовый биохимический метаболический путь продуцирования субстратов, участвующих в формировании кожи и хряща.

Ограничения, касающиеся пероральных препаратов

На перорально введенный глюкозамин, его соли и NАГ действует пресистемный метаболизм в печени [25]. Однако более поздние сообщения показывают, что эти агенты могут метаболизироваться главным образом в кишечнике, а не в печени [26]. Накоплено мало
фармакокинетических данных о распределении этих агентов в суставном хряще. Setnikar et al. [27, 28] сообщили о фармакокинетических свойствах глюкозамина у собак и человека. По их оценкам, приблизительно 87% первоначальной дозы принятого перорально глюкозамина поглощается и выводится; <13% распространяется по всему организму и только <1% достигает остеоартритных суставов. Аналогичные данные о биодоступности были недавно опубликованы Eddington et al. из Университета штата Мэриленд, США [29], подтвердившими результаты многих работ Setnikar et al. С другой стороны, хондроитин представляет собой метаболит глюкозамина, который, как известно,
деградирует до основных дисахаридных компонентов в кишечнике, прежде чем будет включен в дальнейший метаболизм для получения глюкозамина [30]. Хотя лишь небольшая часть глюкозамина достигает «мишени» – суставного хряща (рис. 2), сообщается, что он с течением времени проявляет некоторую терапевтическую эффективность, от легкой до умеренной [31].

Рисунок 2. Схема, показывающая общий фармакокинетический путь перорального глюкозамина.

Потенциал применения местных препаратов с трансдермальной доставкой

Потенциал применения местных препаратов глюкозамина с трансдермальной доставкой имеет преимущества перед использованием традиционных пероральных лекарственных форм. Ключевым преимуществом является то, что устойчивое проникновение глюкозамина через кожу позволит обеспечить более стабильный уровень вещества в сыворотке. Это часто является целью применения лекарств с трансдермальной доставкой. Внутривенная инфузия более инвазивна, хотя и является конкурентной альтернативой. Важно, что трансдермальное введение позволяет обойти пресистемный метаболизм в печени – дополнительное ограничение пероральной доставки
глюкозамина. Доставка глюкозамина через кожу позволила бы снизить шоковое воздействие на организм за счет уменьшения изменения пиковых концентраций в плазме, повышающего риск побочных эффектов. Известно, что глюкозамин продуцируется эндогенно в организме человека в соответствии с метаболическим путем, показанным на рисунке 1; очевидно, что для эффективной работы систем организма требуется относительно стабильный уровень глюкозамина в плазме. По мере старения и воздействия факторов активного образа жизни наши тела перестают производить достаточное количество метаболитов глюкозамина для поддержания здорового состояния кожи, хрящей и тканей. То есть, необходимо вводить в организм экзогенный глюкозамин для улучшения состояния этих тканей. Недавно был опубликован обзор под названием «Эффекты глюкозамина в организме человека: обзор воздействия на метаболизм глюкозы, побочные эффекты, соображения безопасности и эффективность» [32], в котором глюкозамин и его метаболиты охарактеризованы как безопасные и нетоксичные. Таким образом, глюкозамин и его метаболиты являются перспективными веществами для трансдермальной доставкой.

Исследования проницаемости кожи для RevalifeTM

Для всех исследований проницаемости in vitro в качестве модели кожи использовалась модельная мембрана. Проведены многочисленные эксперименты по оптимизации состава RevalifeTM с использованием диффузионных ячеек Франца. Рецепторные ячейки заполняли 0,1 M фосфатным буфером с рН 7,4 pH для имитации физиологического рН. Температуру рецепторного раствора поддерживали на уровне 37°С и перемешивали с помощью магнитной мешалки. Мембраны устанавливали между рецепторными и донорными ячейками. Поверхность, подвергавшаяся диффузии, составляла 2,54 см2 (диаметр 1,8 см), а объем рецепторных ячеек составлял 6 см3. Сверху донорные ячейки покрывали пластиковой пленкой. Систему уравновешивали при 37°С в течение 2 часов до каждого эксперимента.

Ячейки-доноры заполняли 5 мл Revalife. Образцы (N = 3) отбирали с интервалами в 24-48 часов, брали 200 мкл образцов рецепторных растворов и заменяли свежим буфером; эксперименты проводились в трех повторах. Количество NАГ, проникшего через «кожу», определялось с помощью метода высокоэффективной анионообменной хроматографии с импульсным амперометрическим детектированием (ВЭАХ-ИАД).

Глюкозамин, проникающий через модельную мембрану, был проанализирован в Центре по исследованию комплексных углеводов Университета Джорджии, США. Была использована ВЭАХ-ИАД (Dionex, Саннивейл, Калифорния, США) в системе Dionex DX-500, состоящей из градиентного насоса P40, электрохимического детектора ED40, автосамплера AS3500 и рабочей станции для хроматографии PeakNet. Аппарат ВЭАХ-ИАД был оснащен аналитической анионообменной колонкой CarboPacTM PA20 (3 × 150 мм) для быстрого разделения с высоким разрешением моносахаридов и дисахаридов с использованием импульсного амперометрического детектирования, аналитической защитной колонки CarboPac PA20 (3 × 30 Мм) и карбонатной предколонки (25 × 15 мм). В мобильной фазе (А) использовали дегазированную и деионизированную воду. В подвижной фазе (Б) использовали 0,02 Н NaOH, приготовленный на деионизированной воде и пропущенный через фильтры 0,45 мкм в аппарате для фильтрации растворителя (Waters-Millipore, Милфорд, Массачусетс, США), который дегазировали под вакуумом. Мобильная фазовая система работала при градиентной концентрации 16 мМ NaOH при скорости потока 0,5 мл/мин. Стандартная калибровочная кривая для NАГ (рис. 3.1 и 3.2) была получена с линейной регрессией (R2 = 0,9936). Каждый набор образцов выполнялся с использованием внешних стандартов. Значения концентрации образца были получены с помощью программного обеспечения Peak Net. Эти значения сравнивались с данными, полученными при расчетах площади пика и высоты пика, наблюдаемых как функции линейного уравнения регрессии стандартной кривой.

Стационарное состояние потока (Jss) для NАГ (мг/см2 /ч) или (мкг/см2 /ч) рассчитывалась по увеличению количества глюкозамина в рецепторной среде [34]. Коэффициент проницаемости NАГ (kp) в см/час рассчитывался по известным физико-химическим параметрам [35].
Экспериментальные коэффициенты проницаемости NАГ (Кр) в см/час определялись делением Jss на кумулятивную концентрацию в донорных ячейках. Время задержки (tlag) определялось графически по кумулятивному количеству глюкозамина из RevalifeTM, выделяемого на единицу площади (мг/см2) или (мкг/см2) в зависимости от времени (h). Для контроля скорости высвобождения глюкозамина in vitro (мг/см2 ) или (мкг/см2 ) определяли зависимость квадратного корня показателя времени (t1/2) от кумулятивного количества лекарственного средства, высвобождаемого на единицу площади (мг/см2) или (мкг/см2). [36] Все данные были представлены в  соответствии с отраслевыми протоколами руководства Управления по контролю качества пищевых продуктов и медицинских препаратов США (FDA) [37].

Заключение

Применение глюкозамина дает надежду пациентам с остеоартритом (ОА), поскольку в ряде рассмотренных научных исследований было показано, что он облегчает симптомы боли и воспаления, связанные с ОА. Наиболее важно то, что он предохраняет суставы от дальнейшего
ухудшения их состояния. В нескольких исследованиях было показано, что глюкозамин не только способствует улучшению состояния суставов, но также инвертирует течение ОА. Национальные институты здоровья США (National Institutes of Health) в настоящее время проводят продолжающееся многоцентровое исследование, названное Glucosamine/Chondroitin Arthritis Intervention Trial (GAIT; исследование применения глюкозамина/хондроитина при артритах). Его результаты планируется получить осенью 2005 года. В ранних отчетах было указано, что это исследование в значительной степени подтвердит преимущества ОА в отношении глюкозамина, описанные в публикациях о предыдущих исследованиях.

Однако эффективность глюкозамина при лечении ОА значительно ограничена доступными методами его введения в организм. В настоящее время глюкозамин продается в виде таблеток, капсул, порошков, напитков, кремов и гелей. К сожалению, лишь менее 1% перорально вводимых доз достигают суставов. Глюкозамин в составе современных кремов и гелей не проникает через кожу. Следовательно, в то время как методы пероральной доставки могут обеспечить достаточное количество глюкозамина для некоторых лиц с легкой ОА, они не обеспечивают достаточного количества для страдающих ОА с более серьезными проблемами.

Исследования in vitro продемонстрировали, что молекула глюкозамина в составе RevalifeTM, метаболит глюкозамина, обладает превосходным свойством проникать через мембраны путем трансдермального транспорта и/или чрескожного всасывания.

Препарат III A показал наилучшие скорость высвобождения, стационарное состояние потока и коэффициент проницаемости, (табл. 1). Данные показывают хорошие результаты проницаемости как для III A, так и для III Б. Однако скорости высвобождения препаратов II Б и III Б являются сопоставимыми. Для сравнения, Jss и коэффициент проницаемости NАГ значительно выше для вещества-носителя III A, чем для III Б. Упрощенное графическое сравнение полученных физико-химических данных показано на рисунке 3.1 и 3.2. Исходя из этих данных, разработали оптимальную лекарственную форму RevalifeTM, показатели для которой были сопоставимы с показателями для II Б, III Б и III A.

Площадь «кожи» в модельной системе намного меньше, чем у средняя площадь кожи человека, покрывающей сустав. Поэтому  экстраполяция данных, полученных для RevalifeTM, дает гораздо больший, чем 15 мг, потенциал проникновения глюкозамина в кожу. Это касается скорости высвобождения вещества и величины Jss. Оптимальная форма, III A, дает скорость стабильного высвобождения 10,3 мг/см2/час. Количество 15 мг эквивалентно 1%, получаемому при дозировке 1500 мг пероральных препаратов глюкозамина, принимаемых 4 раза в день. Проблема в том, что гораздо меньше 1% при такой ежедневной дозе достигает сустава. Вывод заключается в том, что для коленного сустава используется буквально один грамм препарата Revalife, содержащий 100 мг молекулы глюкозамина. В течение двух часов более 99% ± проникнут через кожу. Таким образом, доставка вещества к суставу, пораженному ОА, превысит 15 мг, эквивалентных приему в дозе 1500 мг 4 раза в день оральных препаратов глюкозамина в виде порошков, таблеток, напитков и т. д.

Таблица 1. Физико-химические данные, полученные для проникновения молекулы
глюкозамина при использовании Revalife™

++++

Рисунок 3.1. Физико-химические данные, полученные для проникновения глюкозамина в
составе RevalifeTM из различных оптимальных/неоптимальных носителей. Кумулятивная
концентрация (n=3) на единицу поверхности ± стандартное отклонение в зависимости от
квадратного корня времени.
Рисунок 3.2. Графическое сравнение физико-химических данных, полученных для
проникновения NАГ.

Литература

1) Lewis, C. “Arthritis: Timely Treatments for an Ageless Disease.” U.S. Food and Drug Administration Consumer Magazine August 2000.
2) McCarty, M. F. “Enhanced synovial production of hyaluronic acid may explain rapid clinical responses to high-dose glucosamine in Osteoarthritis.” Medical Hypothesis (1998), 50, 507-510.
3) Hauselmann, H. J. “Nutripharmaceuticals for Osteoarthritis.” Best Practice and Research. (2001) 5(4), 598-607
4) Brief, A.. A., Maurer, M., Di Cesare, P. E.. “Use of Glucosamine and Chondroitin Sulfate in the management of Osteoarthritis.” Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 9(2 ) March/April 2001
5) Theodasakis, J., Fox, B., Adderly, B. The Arthritis Cure. 1st Edition. St. Martin’s Press. New York, NY. 1997
6) Montaudo, M. “Molar mass distributions by size exclusion chromatography.” Macromolecules. 31, 3839-3845.
7) Kelley, G. “The Role of Glucosamine Sulfate and Chondroitin Sulfate in the treatment of degenerative joint disease.” Alternative Medicine Review (1998) 3(1).
8) Lamari, F. N., Militsopoulou, M., Mitropoulou, T. N., Hjerpe, A., Karamanos, N. K. Analysis of glycosaminoglycan-derived disaccharides in biological samples by capillary electrophoresis and protocol for sequencing glycosaminoglycans. Biomed. Chromatogr. 2002 16, 95-102.
9) Towheed, T.E. and Anastassiades, T.P. Glucosamine and chondroitin for treating symptoms of osteoarthritis: evidence is widely touted but incomplete. J Am Med Assoc (2000) 283, 1483–1484.
10) Lopes, Vaz A. Double-blind clinical evaluation of the relative efficacy of ibuprofen and glucosamine sulphate in the management of osteoarthrosis of the knee in outpatients. Curr Med Res Opin (1982) 8, 145–149.
11) Muller-Fassbender, H., Bach G.L., Haase, W., Rovati, L.C., and Setnikar, I. Glucosamine sulfate compared to ibuprofen in osteoarthritis of the knee. Osteoarthritis Cartilage (1994) 2, 61–69.
12) Ruane, R. and Griffiths, P. Glucosamine therapy compared to ibuprofen for joint pain. Br J Community Nurs (2002) 7, 148–152.
13) Sandy J. D., Gamett, D., Thompson, V., and Verscharen, C. Chondrocyte-mediated catabolism of aggrecan: aggrecanase-dependent cleavage induced by interleukin-1 or retinoic acid can be inhibited by glucosamine. Biochem J (1998) 335, 59–66.
14) Sekiya, I., Tsuji, K,, Koopman, P., Watanabe, H., Yamada, Y., Shinomiya, K., Nifuji, A., and Noda, M. SOX9 enhances aggrecan gene promoter/enhancer activity and is up-regulated by retinoic acid in a cartilage-derived cell line, TC6. J Biol Chem (2000) 275, 10738–10744.
15) Goldring, M.B., Fukuo, K., Birkhead, J.R., Dudek, E., and Sandell, L.J. Transcriptional suppression by interleukin-1 and interferon- of type II collagen gene expression in human chondrocytes. J Cell Biochem (1994) 54, 85–99.
16) Seguin, C.A. and Bernier, S.M. TNF suppresses link protein and type II collagen expression in chondrocytes: role of MEK1/2 and NF-B signaling pathways. J Cell Physiol (2003) 197, 356–369.
17) Gouze, J.N.,, Bianchi, A., Becuwe, P., Dauca, M., Netter, P., Magdalou, J., Terlain B., and Bordji, K. Glucosamine modulates IL-1-induced activation of rat chondrocytes at a receptor level and by inhibiting the NF-B pathway. FEBS Lett. (2002)510, 166–170
18) Shikhman, A.R., Kuhn, K., Alaaeddine, N., and Lotz, M. N-Acetylglucosamine prevents IL-1-mediated activation of human chondrocytes. J Immunol (2001) 166, 5155–5160.

19) Largo R, Alvarez-Soria MA, Diez-Ortego I, Calvo E, Sanchez-Pernaute O, Egido J, and Herrero-Beaumont. Glucosamine inhibits IL-1-induced NFB activation in human osteoarthritic chondrocytes. Osteoarthritis Cartilage (2003) 11, 290–298.
20) McClain, D.A. and Crook, E.D. Hexosamines and insulin resistance. Diabetes (1996) 45, 1003–1009.
21) Singh, L.P., Andy, J., Anyamale, V., Greene, K., Alexander, M., and Crook, E.D. Hexosamine-induced fibronectin protein synthesis in mesangial cells is associated with increases in cAMP responsive element binding (CREB) phosphorylation and nuclear CREB: the involvement of protein kinases A and C. Diabetes (2001) 50, 2355–2362.
22) Van Schaftigen, E. Glucosamine-sensitive and -insensitive detritiation of [2–3H]glucose in isolated rat hepatocytes: a study of the contributions of glucokinase and glucose-6-phosphatase. Biochem J (1995) 308, 23–29.
23) Virkamaki, A. and Yki-Jarvinen, H. Allosteric regulation of glycogen synthase and hexokinase by glucosamine-6-phosphate during glucosamine-induced insulin resistance in skeletal muscle and heart. Diabetes (1999) 48, 1101–1107.

24) Miwa, I., Mita, Y., Murata, T., Okuda, J., Sugiura, M., Hamada, Y., and Chiba, T. Utility of 3-O-methyl-N-acetyl-D-glucosamine, an N-acetylglucosamine kinase inhibitor, for accurate assay of glucokinase in pancreatic islets and liver. Enzyme Protein (1994) 48, 135–142.
25) Setnikar, I.; Giacchetti, C.; Zanolo, G. Pharmacokinetics of glucosamine in the dog and in man. Arzneimittel-Forschung 1986, 36(4), 729-35. Aghazadeh-Habashi, A.; Sattari, S.; Pasutto, F.; Jamali, F. Single dose pharmacokinetics and bioavailability of glucosamine in the rat. 2000 5(2), 181-184.
26) Setnikar, I.; Palumbo, R.; Canali, S.; Zanolo, G. Pharmacokinetics of glucosamine in man. Arzneimittel-Forschung 1993, 43(10), 1109-13.
27) Setnikar, I.; Giacchetti, C.; Zanolo, G. Pharmacokinetics of glucosamine in the dog and in man. Arzneimittel-Forschung 1986, 36(4), 729-35.
28) Setnikar I; Rovati L C Absorption, distribution, metabolism and excretion of glucosamine sulfate. A review. Arzneimittel-Forschung 2001, 51(9), 699-725.
29) Du, J., White, N., Eddington, N. D. The bioavailability and pharmacokinetics of glucosamine hydrochloride and chondroitin sulfate after oral and intravenous single dose administration in the horse. Biopharmaceutics & Drug Disposition 2004, 25(3), 109-116.
30) Lamari, F. N., Militsopoulou, M., Mitropoulou, T. N., Hjerpe, A., Karamanos, N. K. Analysis of glycosaminoglycan-derived disaccharides in biological samples by capillary electrophoresis and protocol for sequencing glycosaminoglycans. Biomed. Chromatogr. 2002 16, 95-102.
31) McAlindon;T . E., LaValley; M. P., Gulin; J. P. Felson, D. T. Glucosamine and Chondroitin for Treatment of Osteoarthritis: A Systematic Quality Assessment and Meta-analysis., JAMA. 2000, 283, 1469-1475.
32) J. W. Anderson, R.J. Nicolosi and J.F. Borzelleca, Glucosamine effects in humans: a review of effects on glucose metabolism, side effects, safety considerations and efficacy, Food and Chemical Toxicology, Volume 43, Issue 2, February 2005, Pages 187-201.
33) a) Garner, Jr., Solomon T., Israel, Bridg’ette J., Abney, Trina, Azadi, Parastoo, Capomacchia, Anthony C. Prelimunary Studies on the Transdermal Permeability of N-Acetyl-D-Glucosamine.(NAG): An Active Metabolite of Glucosamine. Unpublished b Garner, Jr., Solomon T., Israel, Bridg’ette J., Abney, Trina, Azadi, Parastoo, Capomacchia, Anthony C.. Permeation Studies of NAG from Pluronic-Organo-Gel Formulations. Unpublished
34) Lamari, F. N., Militsopoulou, M., Mitropoulou, T. N., Hjerpe, A., Karamanos, N. K. Analysis of glycosaminoglycan-derived disaccharides in biological samples by capillary electrophoresis and protocol for sequencing glycosaminoglycans. Biomed. Chromatogr. 2002 16, 95-102.
35) Towheed, T.E. and Anastassiades, T.P. Glucosamine and chondroitin for treating symptoms of osteoarthritis: evidence is widely touted but incomplete. J Am Med Assoc (2000) 283, 1483–1484.
36) Lopes, Vaz A. Double-blind clinical evaluation of the relative efficacy of ibuprofen and glucosamine sulphate in the management of osteoarthrosis of the knee in outpatients. Curr Med Res Opin (1982) 8, 145–149.
37) Guidance for Indusry: SUPAC-SS Semisolid Dosage Forms. Scale-up and Postapproval Changes: Chemistry, Manufacturing, and Control; In Vitro Release Testing and In Vivo Bioequivalence Documentation. US Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration.

? Бесплатная консультация