I liposomi sono comunemente usati come carriers universali di farmaci sia nell’industria cosmetica che in quella farmaceutica.
Esistono formulazioni di antitumorali (per esempio di doxorubicina) e di antifungini (anfotericina B) che utilizzano i liposomi (Allen e Martin, 2004). La ricerca si è focalizzata sulla possibilità di “intrappolare” gli antibiotici all’interno di liposomi per aumentarne l’attività antibatterica e le proprietà farmacocinetiche.
Le vescicole lipidiche, fungendo da trasportatori, influenzano significativamente la distribuzione del farmaco, possono ridurne gli effetti tossici e agire anche su ceppi batterici resistenti (Sapra e Allen, 2003). I Liposomi sono vescicole sferiche costituite da uno o più strati fosfolipidici circondati da un ambiente acquoso.
Il diametro dei liposomi varia da 0.02 a 10 micron.
Le vescicole (fig. 24) sono formate da fosfolipidi naturali o sintetici e da colesterolo.
Le proprietà fisico-chimiche dei liposomi possono essere modificante cambiando:
• il tipo di lipidi;
• la composizione e le proporzioni di lipidi nella formulazione liposomiale;
• la grandezza del liposoma;
• la carica della superficie liposomiale: positiva, negativa o neutra; • la sensibilità al pH;
• la sensibilità alla temperatura;
• la fluidità della membrana liposomale: liposomi rigidi e fluidi.
Nonostante la grande varietà di formulazioni liposomiali (fig. 25), le vescicole sono carriers universali sia di composti idrofobici che idrofilici.
Fig. 25 Tipologie di liposomi
Gli elementi idrofili sono dissolti nello spazio acquoso all’interno delle vescicole.
La formulazione più utilizzata in questo caso è detta LUV (Large Unilamellar Vescicles), che è in grado di contenere al suo interno un volume relativamente grande di acqua.
I composti idrofobici, invece, si localizzano all’interno dello strato lipidico e in questo caso vengono usate le formulazioni MLVs (Multilamellar Vescicles) o SUVs (Small Unilamellar Vescicles).
Composti farmaceutici che presentano delle cariche possono essere associati alla superficie lipidica (Sharma e Sharma, 1997).
La grandezza delle vescicole liposomali influenza grandemente la distribuzione del farmaco.
Formulazioni MLV superiori a 1 micron di diametro non sono generalmente usate come carriers di antibiotici, mentre SUVs di circa 100 nm mostrano una grande efficacia nella eradicazione dei patogeni batterici (Krieger et al., 1999).
Vi sono molti antibiotici che vengono usati molto raramente a causa della loro tossicità o della scarsa biodisponibilità.
Nonostante questi farmaci abbiano una grande attività antibatterica, vengono usati solo nei trattamenti last-chance.
L’incapsulamento dei farmaci in vescicole lipidiche rappresenta una buona soluzione per ottenere le proprietà farmacocinetiche e farmacodinamiche ricercate.
Elenchiamo di seguito gli innumerevoli vantaggi di usare i liposomi come carriers di antibiotici:
• miglioramento dei parametri farmacocinetici e in particolare della biodistribuzione;
• decremento della tossicità;
• aumentata attività nei confronti di patogeni intracellulari; • selettività del target;
• aumentata attività contro i patogeni extracellulari, in particolare in riferimento allo sviluppo di resistenze.
Il vantaggio dei carriers liposomiali consiste nella possibilità di un rilascio graduale dell’antibiotico durante la circolazione del farmaco nel torrente circolatorio.
Questo consente di mantenere la concentrazione di farmaco corretta per un tempo relativamente lungo.
Spesso la terapia di antibiotici mostra un effetto veloce e breve e questo richiede ripetute somministrazioni giornaliere, che diminuiscono la compliance della terapia.
L’incapsulamento dell’antibiotico nelle vescicole liposomiali migliora i parametri farmacocinetici e inoltre protegge gli antibiotici contro l’attività idrolitica degli enzimi circolanti e delle componenti del sistema immunitario.
I liposomi convenzionali somministrati per via endovenosa vengono riconosciuti dal sistema immunitario dell’ospite e opsonizzati.
Questo attiva i meccanismi di difesa non specifici e i liposomi sono fagocitati dalle cellule preposte, cosa che comporta una veloce clearance sanguigna.
I liposomi si accumulano nel fegato, nella milza, nei polmoni e nei reni (Schiffelers et al., 2001).
Questo fenomeno (la fagocitosi dei liposomi da parte dei macrofagi) è auspicabile per la eradicazione dei patogeni intracellulari, ma sfavorevole per altri tipi di infezione (Voinea e Simionescu, 2002).
La clearance sanguigna delle vescicole più piccole (circa 100 nm) si realizza in qualche ora mentre bastano pochi minuti per le formulazioni MLV.
Vescicole rigide e prive di carica circolano più a lungo di quelle fluide e cariche.
Il tempo di circolazione plasmatico di un antibiotico può essere migliorato incapsulandolo in un liposoma rivestito di polietilenglicole (pegilato).
Lo strato idrofilico composto da PEG protegge le vescicole dalla fagocitosi e consente una più lunga circolazione del liposoma nel sistema sanguigno.
I risultati in vivo più promettenti nel migliorare la farmacocinetica e il profilo di tossicità sono stati ottenuti per aminoglicosidi, chinoloni e polimixina B (Drulis-Kawa e Dorotkiewicz-Jach, 2010).
E’ stato dimostrato che un incremento nella permeabilità capillare nel sito di infezione causa un’alta concentrazione locale di liposomi.
Inoltre la presenza di antigeni batterici induce una risposta infiammatoria che porta ad un ulteriore stravaso di liposomi.
Questi meccanismi migliorano significativamente l’attività antibatterica degli antibiotici incapsulati e porta ad un’ eradicazione del patogeno dal tessuto infetto.
La somministrazione di gentamicina incapsulata in liposomi pegilati in un modello murino di polmonite causata da K. Pneumoniae ha mostrato risultati terapeutici positivi nell’eradicazione sia di ceppi sensibili alla gentamicina che di quelli resistenti (Schiffelers et al., 2001).
Risultati simili sono stati ottenuti, sempre nel topo, trattando infezioni da Streptococcus pneumoniae con ciprofloxacina incapsulata in liposomi (Ellbogen et al., 2003).
L’uso di liposomi pegilati ha prolungato il tempo di circolazione sanguigna e migliorato la farmacocinetica della ciprofloxacina, portando ad una più alta concentrazione di farmaco nel siero e nel liquido di lavaggio dei polmoni.
In ogni caso, il tasso di sopravvivenza degli animali infetti era simile nei gruppi trattati con equivalenti dosi di ciprofloxacina liposomiale e libera. L’applicazione di maggior successo per quanto riguarda l’uso di liposomi come sistemi di rilascio di antibiotici è quella che riguarda i patogeni intracellulari.
Alcuni esperimenti si sono focalizzati sulla tubercolosi che rappresenta un’infezione grave e molto difficile da trattare.
L’ applicazione di forme liposomiali di isoniazide, rifampicina e claritromicina ha aumentato significativamente l’efficacia antibatterica se comparata a quella dei farmaci somministrati per vie tradizionali (Salem e Duzgunes, 2003).
I liposomi, inoltre, possono essere indirizzati verso particolari tessuti, organi e anche microrganismi.
La selettività del bersaglio delle formulazioni liposomiali si può ottenere tramite diversi meccanismi (Drulis-Kawa e Dorotkiewicz-Jach, 2010):
• l’addizione di immunoglobuline specifiche; • l’addizione di proteine;
• l’addizione di catene oligosaccaridiche specifiche; • costruzione di vescicole sensibili al pH;
• costruzione di vescicole termo-sensibili.
La composizione della superficie delle vescicole condiziona il tipo di interazione con il bersaglio e ne determina la specificità.
Nel caso di azione non specifica, la carica della membrana gioca il ruolo principale, visto che le superfici cellulari sia dei procarioti che degli eucarioti mostrano delle cariche negative.
I liposomi caricati positivamente interagiscono quindi con le superfici cellulari in maniera forte.
I liposomi che hanno target specifici sono invece “equipaggiati” con anticorpi o frammenti di immunoglobuline che hanno affinità per uno specifico recettore localizzato sulla superficie del bersaglio (cellule infette o patogeni)
Nello specifico le vescicole rivestite potrebbero essere dirette contro particolari tessuti infetti o definiti patogeni.
I liposomi sono anche molto promettenti nel prevenire la formazione di biofilm da parte dei batteri.
Come è noto, la produzione della matrice extracellulare da parte dei batteri formanti biofilms, rende difficile il trattamento dei patogeni poiché il farmaco non riesce a penetrarla.
Questo problema potrebbe essere evitato rendendo i liposomi capaci di attaccare il biofilm e di rilasciare l’antibiotico in prossimità dei
L’interazione diretta fra il liposoma e le cellule batteriche sono molto promettenti per affrontare il problema dei ceppi resistenti agli antibiotici. Per esempio, è ben noto che la resistenza di P.aeuruginosa è per lo più correlata alla bassa permeabilità della membrana esterna e ad un efficiente sistema di efflusso (Livermore, 2001).
La somministrazione di antibiotici liposomiali può perciò aggirare questi meccanismi di resistenza (Rukholm et al., 2006).
La fusione delle vescicole liposomiali con la membrana esterna del batterio permette un aumento della penetrazione del farmaco nella cellula.
Nonostante tutte queste considerazioni promettenti, c’è da sottolineare che sono stati svolti solo pochi studi clinici che riguardano principalmente aminoglicosidi (gentamicina e amikacina) incapsulati in liposomi per il trattamento della tubercolosi o nella cura di infezioni causate da Pseudomonas in pazienti con fibrosi cistica.
I risultati di questi studi clinici non si sono dimostrati “spettacolari” ma promettenti effetti sono stati ottenuti nell’eradicazione di P. aeruginosa da campioni di saliva di pazienti affetti da fibrosi cistica trattati con amikacina liposomiale per inalazione (Drulis-Kawa e Dorotkiewicz-Jach, 2010) .
Un’altra considerazione riguarda il fatto che la preparazione delle formulazioni liposomiali richiede tempo e denaro, cosa che potrebbe limitarne l’utilizzo su larga scala.