カチオン性β-シクロデキストリンの細胞毒性と細胞取り込み性の調査は、鼻腔内送達の有効なツールとして有効である

Investigation of Cytotoxicity and Cell Uptake of Cationic Beta-Cyclodextrins as Valid Tools in Nasal Delivery.

• Giovanna Rassu
• Silvia Fancello
• Marta Roldo
• Milo Malanga
• Lajos Szente
• Rossana Migheli
• Elisabetta Gavini
• Paolo Giunchedi

抄録

シクロデキストリンポリマーは、その親であるシクロデキストリンよりも優れた生体適合性、溶解性の向上、負荷容量、薬物放出の制御が可能であることから、医薬製剤への適用性が高い。新規のカチオン性β-シクロデキストリンモノマーおよびポリマーの細胞毒性および細胞取り込み性を、鼻腔内製剤に適した材料として評価し、過酸化水素に曝露された細胞に対する保護効果を検討した。鼻腔の呼吸器上皮および嗅覚上皮の構造を模倣するために、神経細胞型および上皮型細胞としてそれぞれPC12細胞およびCACO-2細胞を選択した。試験したすべてのカチオン性β-シクロデキストリンポリマーは、用量および時間に依存した毒性を示したが、5μMの濃度で60分間暴露した場合、第四級アンモニウム-β-シクロデキストリン可溶性ポリマーは無毒であると認識された。これらの結果に基づいて、蛍光標識された第四級アンモニウム-β-シクロデキストリンモノマー及びポリマーを、CACO-2細胞における取り込み研究のために選択した。その結果、CACO-2細胞の細胞質内にカチオン性β-シクロデキストリンモノマー及びポリマーが取り込まれ、比較対照として用いたヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリンよりもカチオン性モノマーの方が高い透過性を示した。このことから、これらのカチオン性β-シクロデキストリンは、薬剤の鼻腔吸収を改善する賦形剤としての可能性を示した。さらに、アミノ-β-シクロデキストリンおよびβ-シクロデキストリン可溶性高分子は、PC12細胞およびCACO-2細胞の酸化損傷を軽減することができ、酸化ストレスに対する細胞保護のための生理活性キャリアまたは薬剤として研究が可能であることが示された。

Cyclodextrin polymers have high applicability in pharmaceutical formulations due to better biocompatibility, solubility enhancement, loading capacity and controlled drug release than their parent, cyclodextrins. The cytotoxicity and cell uptake of new cationic beta-cyclodextrin monomers and polymers were evaluated as suitable materials for nasal formulations and their protective effects on cells exposed to hydrogen peroxide were studied. PC12 and CACO-2 cells were selected as the neuronal- and epithelial-type cells, respectively, to mimic the structure of respiratory and olfactory epithelia of the nasal cavity. All cationic beta-cyclodextrin polymers tested showed dose- and time-dependent toxicity; nevertheless, at 5 µM concentration and 60 min of exposure, the quaternary-ammonium-beta-cyclodextrin soluble polymer could be recognized as nontoxic. Based on these results, a fluorescently labelled quaternary-ammonium-beta-cyclodextrin monomer and polymer were selected for uptake studies in CACO-2 cells. The monomeric and polymeric beta-cyclodextrins were internalized in the cytoplasm of CACO-2 cells; the cationic monomer showed higher permeability than the hydroxypropyl-beta-cyclodextrin, employed as comparison. Therefore, these cationic beta-cyclodextrins showed potential as excipients able to improve the nasal absorption of drugs. Furthermore, amino-beta-cyclodextrin and beta-cyclodextrin soluble polymers were able to reduce oxidative damage in PC12 and CACO-2 cells and thus could be studied as bioactive carriers or potential drugs for cell protection against oxidative stress.