Modeling of biologically relevant lipid multilayers in the context of drug delivery

Abstract

Pochopení procesu doručování léčiva na úrovni základních fyzikálně-chemických a biofyzikálních metod stále představuje obrovskou výzvu. Jedním z hlavních důvodů je specifičnost procesů spojených s doručováním léčiv, která závisí z velké míry na cíli, kam je léčivo doručováno. Lipidová vrstva slzného filmu, kterou se ve své práci zabývám, a která má klíčový význam pro oční zdraví, představuje pro lokální aplikaci oftalmických léčiv právě takový cíl. Tato doktorská práce se zaměřuje na dvě témata spojená s doručováním léčiv do oka; obsahuje taktéž případovou studii lékových systémů a jejich hlavních složek ve vrstvě lipidů slzného filmu a to včetně zkoumání vlivu modifikace lipidů na lipidem asociovaný peptid jakožto potenciální lék. Výzkum, uvedený v této práci, je prováděn za pomoci simulací molekulární dynamiky, které jsou navíc doplněny různými experimentálními technikami. První část předkládané práce zahrnující výzkum týkající se lékových systémů má tři části: prvním úkolem je studium vlivu běžně používaných konzervantů na vrstvu lipidů slzného filmu; druhým je zkoumání vlivu léku latanoprostu na slzné lipidy; třetím cílem je zkoumat různé lékové systémy obsahující latanoprost a jejich interakci s lipidovou vrstvou v slzách. Tyto studie jsou prováděny kombinací simulací molekulární dynamiky a...

Understanding the topical drug delivery at basic physico-chemical and biophysical levels is still challenging. One of the main reasons is the specificity of the processes involved, depending on the delivery target. The tear film lipid layer plays a vital role in ocular health and serves as a target for topical ophthalmic drug delivery. This doctoral thesis investigates two topics related to topical eye delivery, including a case study of drug delivery systems and their major components in the tear film lipid layer, and the effect of a lipid modification on a lipid-associate peptide as a potential drug. This research is conducted by using molecular dynamics simulations, which are comple- mented by various experimental techniques. The research about the drug delivery systems is threefold: the first objective is to study the impact of commonly used preservatives on the tear film lipid layer; the second one is to explore the influence of the latanoprost drug on the tear lipids; the third one is to investigate different drug delivery systems containing latanoprost drug and their interaction with the lipid layer in the tears. These studies are conducted by combining molecular dynamics simulations and the experiments involving the Langmuir-type lipids film. The key findings of this research have practical...