Mucus penetrating nanoparticles as drug delivery systems: recent advances and prospects

Abstract

O hidrogel de muco viscoelástico que reveste todas as superfícies mucosas do corpo (como o trato gastrointestinal (TGI), a vagina, os olhos e os pulmões) representa uma barreira potencial à administração de fármacos nas mucosas. Por conseguinte, o desenvolvimento de estratégias para ultrapassar a barreira mucosa tem sido um dos principais objetivos para tirar partido da utilização de nanossistemas para a administração de fármacos nas mucosas. Os sistemas de administração de fármacos à base de nanopartículas (NPs) adequadamente concebidos são muito promissores para contornar várias barreiras biológicas, incluindo a barreira mucosa. A cobertura densa da superfície das nanopartículas com o polietilenoglicol (PEG), um polímero não carregado e hidrofílico, é a estratégia mais comum para produzir nanopartículas penetrantes do muco (MPNPs). O PEG permite reduzir as interações com as mucinas que formam a estrutura reticulada do muco, permitindo uma melhor difusão das NPs na secreção mucosa. O desenvolvimento de MPNPs foi um processo desafiante, com avanços e retrocessos, mas o seu valor para a entrega de fármacos nas mucosas foi reconhecido com a aprovação pela Food and Drug Administration (FDA) da primeira formulação baseada em MPNPs para o tratamento de doenças oculares em 2018. Este manuscrito tem como objetivo rever os recentes avanços na conceção e desenvolvimento de MPNPs e quais os principais marcos atingidos neste campo do ponto de vista translacional, bem como as perspetivas para o uso de MPNPs para a entrega de fármacos nas mucosas nos próximos anos.

The viscoelastic mucus hydrogel that lines all mucosal surfaces of the body (such as the gastrointestinal tract (GIT), vagina, eyes and lungs) represents a potential barrier to mucosal drug delivery. Therefore, the development of strategies to overcome the mucus barrier has been a major focus to take advantage of the use of nanosystems for mucosal drug delivery. Suitable engineered nanoparticle-based drug delivery systems hold great promise for bypassing several biological barriers, including the mucus barrier. Dense coverage of the surface of nanoparticles (NPs) with non-charged and hydrophilic polyethylene glycol (PEG), is a commonly used strategy to produce mucus-penetrating nanoparticles (MPNPs). These have been used as a strategy to reduce interactions with mucins providing structural framework to mucus, thus allowing for improved diffusion of NPs in this natural secretion. The development of MPNPs has been a demanding path, with advances and setbacks, but their value for mucosal drug delivery has been recognized with the Food and Drug Administration (FDA) approval of the first MPNPs-based formulation for the treatment of ocular diseases in 2018. This manuscript aims to review recent advances in the design and development of MPNPs and major achievements in the field from a translational perspective, as well as prospects for the use of MPNPs for mucosal drug delivery in the coming years.