Aktueller Stand der Nanomaterialherstellung und ihrer potenziellen Anwendungen bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen

Rezension

Hintergrund

Nanomaterialien (NMs) werden als Materialien mit typischen Größen im Bereich von 1–100 nm ausgedrückt. Grundsätzlich sind sie Komposit-basiert (Kombination von NMs mit anderen NMs oder mit größeren Massenmaterialien), Dendrimer-basiert (nanogroße Polymere, die aus verzweigten Einheiten aufgebaut sind), Kohlenstoff-basiert (Fullerene, Nanoröhren) und Metall-basiert (Quantum Punkte, Nanosilber, Nanogold und Metalloxide, nämlich Ceroxid, Titanoxid, Eisenoxid und Zinkoxid) Materialien. In diesem modernen Jahrhundert führte die Herstellung dieser Nanopartikel (NPs) einzeln oder in Clustern mit gewünschter Partikelgröße und -form zu vielen vielversprechenden Anwendungen in der Wirkstoff-Genabgabe, im Krankheitsmanagement, in der Pharmazie, Kosmetik, Lebensmittel, photonischen Kristalle, Beschichtungen, Farben, Katalyse, Bioremediation, Materialwissenschaften, Pflanzenwachstum und/oder deren Herstellung und Schutz [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12].

Die Verwendung von NMs auf kommerzieller und industrieller Ebene hat erheblich zugenommen, zum Beispiel etwa 3000 Tonnen TiO₂ NPs wurden pro Jahr produziert [13] und mehr als 50 % wurden in Körperpflegeprodukten wie Sonnenschutzmitteln verwendet [14]. Ebenso wurden Silber- und Gold-NPs in großem Umfang in der Medizin, Krankheitsdiagnostik, Sensorik, biologischen Nivellierung, Pharmazeutika und vielen anderen biomedizinischen Anwendungen eingesetzt [2, 11, 15, 16, 17, 18]. Abhängig von ihren magnetischen Eigenschaften wurden Eisen- und Eisenoxid-NPs häufig für die Krebsbehandlung, die Wirkstoffabgabe, die MRT, die Katalyse und die Entfernung von Pestiziden aus dem Trinkwassersystem eingesetzt [11]. Platin-NPs werden als Antioxidantien und Katalysatoren verwendet [10, 19], während Palladium-NPs weit verbreitet als Katalysatoren und in der Krebstherapie eingesetzt werden [10].

In den letzten Jahren werden diese NMs als Nanomedizin eingesetzt und spielen weltweit eine wichtige Rolle bei der Diagnose und Behandlung zahlreicher neurologischer Erkrankungen. Somit ist die Nanomedizin ein aufstrebendes Feld, in dem manipulierte NMs zur Erkennung, Behandlung und Vorbeugung zahlreicher Krankheiten, einschließlich neurologischer Erkrankungen, eingesetzt werden. Nanomedizin besteht aus nanoskaligen Molekülen mit einer höheren Bioverfügbarkeit von Arzneimitteln. NMs sind oft so konzipiert, dass sie nicht mit den Abwehrmechanismen des Körpers interagieren. Die NMs sind kleiner und können leicht in peripheren Geweben gespeichert werden, um im Körper über einen längeren Zeitraum verfügbar zu sein [20]. NMs können auf molekularer und supramolekularer Ebene mit physiologischen Systemen interagieren. Sie können so umgestaltet werden, dass sie gegen das Zellmilieu reagieren und gewünschte biologische Aktivitäten in Zellen und Gewebe mit reduzierter nachteiliger Wirkung auslösen. Die neuartigen nanotechnologischen Erfindungen leisten einen wertvollen therapeutischen Beitrag zur Behandlung und Reduktion lebensbedrohlicher Erkrankungen sowie der neurologischen Erkrankungen [21].

Fast alle neurologischen Erkrankungen sind mit dem zentralen und peripheren Nervensystem verbunden. Das Gehirn, das Rückenmark und die Nerven steuern die gesamte Arbeit des Körpersystems. Wenn mit dem Nervensystem etwas nicht stimmt, werden häufig Probleme beim Sprechen, Schlucken, Atmen, Lernen usw. festgestellt. Die Behandlungs- und Managementoptionen für neurologische Erkrankungen sind aufgrund der Blut-Hirn-Schranke (BBB), die das Überqueren und die schlechte Löslichkeit von therapeutischen Molekülen und gewünschten Arzneimitteln auf oralem Weg einschränkt, sehr begrenzt. Um dieses Problem zu lösen, hat die Nanotechnologie eine Möglichkeit für neue technologische Erfindungen in Form von Nanoröhren, Nanodrähten, Nanokugeln, Robotern, Miniaturen, Nanosuspensionen, Nanomedizin, Nanogelen, Nanoemulsionen, Nanoträgern, Mikropartikeln (MPs), NPs, polymeren und festen Lipid-NPs geschaffen (SLNs), feste Lipidträger, Flüssigkristalle (LCs), Liposomen, Mikroemulsionen (MEs) und Hydrogele für das effektive und gezielte Arzneimittelabgabesystem und verschiedene Krankheitsdiagnosen und -management [22].

Derzeit werden von verschiedenen Forschungsgruppen, die sich mit neurologischen Erkrankungen befassen, kontinuierliche Anstrengungen unternommen, um Nanomedikamente für die gezielte Wirkstoffabgabe zu entwickeln, indem NMs zur wirksamen Kontrolle und Behandlung neurologischer Erkrankungen verwendet werden. Die am häufigsten berichteten neurologischen Erkrankungen sind Alzheimer-Krankheit (AD), Parkinson-Krankheit (PD), amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Multiple Sklerose (MS), neurologische Tumore und ischämischer Schlaganfall [23]. Unter diesen wird AD nach Gedächtnisverlust, Verlust des lexikalischen Zugangs und Urteilsbeeinträchtigung kategorisiert. Es handelt sich um eine altersbedingte Erkrankung, die mit zunehmendem Alter (60–85 Jahre) zunimmt. Neben dem Alter sind Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen Hauptfaktoren für eine schnelle Verschlechterung der menschlichen Gesundheit und das Auftreten von AD. Es wurde beschrieben, dass Genmutationen die früh einsetzenden familiären Formen der AD verursachen, und sie sind dafür bekannt, dass sie das Amyloid-Vorläuferprotein (APP) auf Chromosom 21 [24], Presenilin 1 (PS1) auf Chromosom 14 [25] und Presenilin 2 ( PS2) auf Chromosom 1 [26]. Die spät einsetzende sporadische Form der AD verkörpert mehr als 90 % aller Erkrankungen. Die Ätiologie der Erkrankung verdoppelt sich jedes Jahr nach dem 65. Lebensjahr und erreicht im Alter von 85 Jahren 50 % [27]. Das genetische Risiko für die sporadische Form der AD beruht auf der Vererbung des ε4-Allels von Apolipoprotein E, das sich auf Chromosom 19q13 befindet [27]. Dieses Protein kann den Krankheitsverlauf und das Ausmaß der neurologischen Zellschädigung beeinflussen [27, 28]. Vor diesem Hintergrund wurden zahlreiche Mechanismen postuliert, um den Einfluss von Apolipoprotein E im Gehirn von Alzheimer-Patienten aufzuklären [28]. Dieses Protein hat auch einen Risikofaktor für das Wachstum einer leichten kognitiven Beeinträchtigung (MCI), die später in eine AD-Entwicklung übergehen kann [29]. AD trägt zu mehr als 80 % der Demenzerkrankungen bei und wird heute als die verheerendste Krankheit der Welt eingestuft [20, 30, 31, 32]. Umweltverschmutzung ist die Hauptursache für das Fortschreiten von AD und PD. Metall und Metalloxid aus unterschiedlichen Quellen werden eingeatmet und lagern sich in der Lunge/im Gehirn ab. Zum Beispiel CeO₂ und TiO₂ haben nach Langzeitexposition eine Akkumulation im Gewebe gezeigt [33, 34]. Es wurde bestätigt, dass TiO₂ NPs induzierten PD-ähnliche Symptome bei Zebrafischlarven und PC-12-Zelllinien. Es führte zu einem vorzeitigen Schlüpfen und störte ihre Fortbewegung [35]. Das TiO₂ Es wurde gezeigt, dass NPs im Hirngewebe von Zebrafischen die ROS-Erzeugung induzieren, die zum Zelltod in der Hypothalamusregion führt. Diese NPs beeinflussen auch die Neuronenfunktion. In einer aktuellen Studie haben Yoo et al. [36] haben gezeigt, dass Gold-NPs die Erzeugung von induzierten Dopamin-Neuronen für die Parkinson-Behandlung in Gegenwart elektromagnetischer Felder ermöglichen.

Wie bereits erwähnt, wird die Bioverfügbarkeit und wirksame Abgabe von Arzneimitteln und anderen therapeutischen Verbindungen im Nervensystem durch zwei Barrieren eingeschränkt, nämlich die BHS und die Blut-Liquor-Schranke (BCSFB) [20, 37, 38, 39, 40]. Die BBB spielt eine wichtige Rolle beim Schutz des Eindringens von durch Blut übertragenen Krankheitserregern wie Bakterien, Viren, Parasiten und Toxinen [41]. Obwohl die BBB eine Abschirmung des Gehirns ermöglicht, stört sie auch die Behandlung der zahlreichen neurologischen Erkrankungen. Es ist daher wichtig, ein gutartiges und wirksames Arzneimittelabgabesystem zu entwickeln, das die BHS passieren und die Zielzellen erreichen kann, ohne irgendwelche Nebenwirkungen zu verursachen. Vashistet al. [42] haben berichtet, dass die BHS die Konzentration des Medikaments, das den Wirkort erreicht, verringert und seine Fähigkeit zur Behandlung der Zielkrankheit verringert hat; Daher verstärkte eine höhere Konzentration von Wirkstoffen die Notwendigkeit, auf Nanomaterialien basierende Wirkstoffabgabesysteme zu entwickeln. Die Studie hob auch die jüngsten Trends bei der Nanogel-Präparation und ihre Bedeutung für das Arzneimittelabgabesystem hervor. Es ist wichtig zu beachten, dass entweder lipophile Moleküle oder Moleküle mit niedrigem Molekulargewicht (unter 400–600 Da) die BHS passieren; daher ist bei der Behandlung neurologischer Störungen bei der Arzneimittelauswahl Vorsicht geboten. AD kann familiär oder sporadisch auftreten, kognitive Beeinträchtigungen und Plaqueablagerungen im Gehirn, die zum neuronalen Zelltod führen. Es ist ratsam, den Verlust von funktionellen Neuronen zu verhindern oder beschädigte Neuronen zu ersetzen. Es hat sich gezeigt, dass die Transplantation von neuralen Stammzellen (NSC) die Kognition und die synaptische Leitfähigkeit im Tiermodell der AD verbessert [43].

Zhanget al. [44] haben über die Bedeutung von NMs in der Stammzelltherapie für verschiedene neurologische Erkrankungen berichtet. Die Autoren fanden heraus, dass das NM die Proliferation und Differenzierung von Stammzellen sowohl in vivo als auch in vitro fördert und eine dominante Rolle bei der Bildgebung und Verfolgung von Stammzellen spielt. Trekkeret al. [45] haben auch über die Bedeutung von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) bei der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls berichtet; Ihre systematische Umsetzung zum Ziel bleibt jedoch eine Herausforderung. MSCs, die mit Dextran-beschichteten MNPs markiert waren, wurden im Gehirn in Bereiche mit erhöhtem Risiko für zerebrale Läsionen verbreitet und zeigten eine bessere funktionelle Erholung. Die Studie berichtete, dass, obwohl die intravenösen Verabreichungswege gutartig waren, die Menge an MSCs, die die BBB passierten, begrenzt war.

In diesem Review wurde das Hauptaugenmerk auf die häufig verwendeten Metallchelatoren, NMs/NPs, und den aktuellen Stand hinsichtlich ihrer Anwendung in Drug-Delivery-Systemen für das neurologische Krankheitsmanagement gelegt.

Neurologische Störungen und Management

Zusammengefasst sind die mit dem ZNS verbundenen Hauptherausforderungen das Fehlen intelligenter Diagnosetools und die Unfähigkeit wirksamer Medikamente, die BHS zu überwinden. Um diese Probleme zu überwinden, haben verschiedene Formulierungen von NMs/NPs umfangreiche und vielversprechende Anwendungen bei der Wirkstoffabgabe gegen die Behandlung und das Management neurologischer Störungen gezeigt (Abb. 1). Die spezifische Anwendung von NMs/NPs bei neurologischen Erkrankungen wie AD, PD, ALS, MS, neurologischen Tumoren und ischämischem Schlaganfall wird unten beschrieben.

Verschiedene Arten von NPs und ihre Anwendung bei der Behandlung und Behandlung neurologischer Störungen

Alzheimer-Krankheit

Derzeit sind mehr als 35 Millionen Menschen von AD betroffen und es wird erwartet, dass die Zahl der Fälle bis 2050 weltweit zunehmen wird [22]. Gegenwärtig basiert die AD-Behandlung auf Symptomen und vaskulärer Prävention durch den Einsatz von Cholinesterase-Hemmern und N -Methyl-D-Aspartat-Antagonisten. Der Einsatz von Nanotechnologie in der AD-Diagnose und -Behandlung hat vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Mehrere NMs werden in der AD-Diagnose und -Behandlung verwendet. Viele Methoden wurden verwendet, um NPs herzustellen, wie Polymerpolymerisation, ionische Gelbildungsemulsion, Lösungsmittelverdampfung, Lösungsmitteldiffusion, Nanopräzipitation, Sprühtrocknung und Partikelreplikation in nicht benetzenden Templaten. Der Zustand der AD kann durch die Verwendung von NPs verbessert werden, die eine gute Affinität zu den Amyloid-β (Aβ)-Formen aufweisen, was einen „Sink-Effekt“ induziert. Die Diagnose von AD und der Nachweis von Aβ1 hat ein fortgeschrittenes Stadium erreicht, indem hochempfindliche NP-basierte Bio-Barcodes, Immunsensoren und Rastermikroskopieverfahren verwendet werden [46].

Das Hauptaugenmerk der Behandlung liegt auf der gezielten metabolischen Dysfunktion und Aggregation von Proteinen und Aβ-Peptiden. Die Plaquebildung aus Aβ-Protein ist in Schema 1 unten gezeigt:

Plaquebildung aus Amyloid-β-Protein

Die intrazellulären hyperphosphorylierten neurofibrillären Tangles und Amyloid-Plaques (extrazelluläre Ablagerungen von Aβ-Peptid) im Gehirn sind die Hauptursache für AD. Andere Gründe für die AD-Progression wurden ebenfalls vorgeschlagen, nämlich eine Dysregulation des cholinergen Systems und die Ablagerung von Aβ-Peptiden im Gehirn [31]. NFTs schädigen die axonale Integrität und den Neurotransmittertransport [47]. Ein Medikament sollte daher mit signifikanten Merkmalen formuliert werden, die die BBB überschreiten können. Die BBB schützt das Gehirn vor verschiedenen Krankheitserregern. Lipophile Moleküle, O₂ und CO₂ , und andere Moleküle mit einem Molekulargewicht von < 600 g/mol können leicht über die BBB diffundieren. Aminosäuren, Glukose und Insulin gelangen über eine spezifische rezeptorvermittelte Endozytose in das Gehirn [48]. Viele Geräte wurden entwickelt, indem mehrere Ansätze beim Arzneimitteltransport verwendet wurden, um die BHS zu überwinden und in das Gehirngewebe von AD-Patienten zu gelangen. Ein solcher Ansatz ist die Konjugation von Wirkstoffen mit Nanoträgern, d.h. polymere Mizellen, Liposomen, Lipide und polymere NPs mit hoher Assoziation zu BBB. Somit ermöglicht die Nanocarrier-Interaktion mit dem Nährstofftransportsystem des Gehirns, dass das Medikament den Zielort erreicht. Lockman et al. [49] haben berichtet, dass die Beschichtung von NPs mit Thiamin die Partikel auf den BBB-Thiamintransporter lenkt. Der Wirkstoff wird somit durch die BBB transportiert [50]. Biologisch abbaubare Materialien als Träger sind beim Transportieren des Arzneimittels zum Verwendungsort hilfreich. Von diesen Behandlungen wird erwartet, dass sie die Schäden im Gewebe des zentralen Nervensystems (ZNS) schützen, reparieren und regulieren [51].

Der hydrophile, geladene, fluoreszierende Marker ThT wurde als Sonde zum Nachweis von Amyloid-β-Plaques von AD verwendet [52]. Hartiget al. [53] haben die verkapselten ThT-NPs, die PBCA enthalten, durch intrahippocampale Injektion in das Gehirn von Mäusen eingebracht. In der Studie haben TEM-Bilder das Vorhandensein von NPs in den Mikroglia und Neuronen gezeigt. Der Nachweis von AD kann daher mit dieser Technik erfolgen.

Die biochemische Untersuchung des Gehirns von AD-Patienten hat neokortikale Defizite der Cholinacetyltransferase [54] gezeigt, die für die Acetylcholin(Ach)-Synthese verantwortlich ist. Es ist auch hilfreich beim Lernen und Schärfen des Gedächtnisses. Es wird daher erwartet, dass die Bildung von cholinergen Neuronen im basalen Vorderhirn und der Verlust der Neurotransmission in der Großhirnrinde zur Verschlechterung der kognitiven Funktion bei Patienten mit AD beitragen. Die Behandlung von Ratten mit Scopolamin, einem ACh-Muskarinrezeptor-Antagonisten, reduzierte die ACh-Spiegel bei gleichzeitiger Beeinträchtigung des räumlichen Gedächtnisses [55]. Es wurde jedoch beobachtet, dass Substanzen, die die ACh-Freisetzung erhöhen, d.h. Linopirdin, verbessert den Atropin-überzeugten Gedächtnisverlust [56].

Polymere NPs wurden hergestellt und mit radioaktiv markiertem 125I-Clioquinol verkapselt, um seinen Transport zum Gehirn und die Amyloidβ-Plaqueretention von 125I-CQ zu verbessern. Es wurde beobachtet, dass diese NPs ein geeignetes Vehikel für die In-vivo-Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie sind [22, 57]. Ein anderes als magnetisches Eisenoxid bekanntes NP wird effizient genutzt, da es eine größere Oberfläche und magnetische Effekte bei geringerer Toxizität hat. Gold-NPs wurden als wertvolles Werkzeug in kinetischen Studien zur Aβ-Peptidaggregation verwendet. Darüber hinaus wurden heterodimere NPs synthetisiert, indem Gold-NPs mit einem magnetischen Kobalt(II)-Kern und einer Platinhülle verschmolzen wurden. Diese NPs wurden durch Beschichtung mit Liponsäure-PEG stabilisiert und zeigten vielversprechende Ergebnisse bei AD [58]. Darüber hinaus sind SLNs typischerweise eine sphärische Lipidkernmatrix, die lipophile Moleküle effizient solubilisieren kann. Die SLNs können die BBB passieren und Medikamente/therapeutische Moleküle könnten durch Endozytose effizient in das Gehirn transportiert werden [22, 59].

Liposomen sind eine andere Art von Arzneimittelabgabevehikeln und enthalten eine oder mehrere Phospholipid-Doppelschichten, um lipophile oder hydrophile Arzneimittel zu tragen. Die Rivastigmin-Liposomen und zellpenetrierenden Peptid-modifizierten Liposomen wurden für eine verbesserte Verteilung im Gehirn formuliert und reduzierten die Nebenwirkungen, die zu einer verbesserten Pharmakodynamik führten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Rivastigmin-Konzentration über die BBB nach 8 h Abgabe in das Gehirn höher war [60]. Die Wirkstoffabgabesysteme auf Tensidbasis boten eine weitere Option für die Wirkstoffabgabe durch Aggregation von Tensidmolekülen in Gegenwart von Wasser, um Strukturen basierend auf der Tensidkonzentration, der Anwesenheit von Salzen und der Temperatur zu bilden. Die MEs sind normalerweise thermodynamisch stabil. Somit können Mikroemulsionen, Nanoemulsionen und lyotrope LC-Mesophasen mit unterschiedlichen Geometrien erzeugt werden [22].

Zwei Arten von NPs wie Polysorbat 80-beschichtetes Poly (n -Butylcyanoacrylat) und ein weiteres mit Polysorbat 80 beschichtetes Material wurden mittels Emulsionspolymerisation zur Behandlung von AD hergestellt [61]. Ein dual funktioneller NP wurde für die Abgabe von Arzneimitteln basierend auf PEGyliertem Poly(milchsäure)-Polymer mit zwei Zielpeptiden entwickelt, TGN (ein Ligand bestehend aus 12 Aminosäuren:TGNYKALHPHNGC) und QSH (d D-enantiomeres Peptid:QSHYRHISPAQVC) durch Konjugation an der Oberfläche von NPs und wird bei AD eingesetzt [62]. TGN wurde zum Targeting von BBB-Liganden verwendet, während QSH eine wirksame Assoziation für Aβ-Plaques aufweist. Diese NPs wurden durch gezielte Abgabe in die Gehirne von AD-Mäusen direkt an Aβ-Plaques gesendet. Daher wird erwartet, dass die Verwendung von NPs ein wichtiges Instrument für die AD-Diagnose und -Behandlung sein könnte [22].

Postmortale Studien von Hirngeweben von AD-Patienten hatten auf zwei Arten von Läsionen hingewiesen, nämlich senile Plaques (SPs) und neurofibrilläre Knäuel (NFTs). Es wurde festgestellt, dass SPs im Gehirn von AD-Patienten mit Kupfer, Zink und Eisen verstärkt sind. Es wird angenommen, dass die Metalle mit Metallen und Proteinen interagieren, was die Aggregation von Amyloid-β (Aβ) beeinflussen kann, was zu Toxizität führt. Zink, Kupfer und Eisen wurden in mehreren klinischen Untersuchungen nachgewiesen, die in Aβ-Plaques in transgenen Mäusen ergänzt werden [63,64,65,66]. Zink und Eisen wurden in NFT-haltigen Neuronen nachgewiesen. Eisen (III) und Cu (II) können mit Proteinen chelatisieren und ihre Grundkonformation verändern, was die Phosphorylierung und Aggregation fördert. Metalle binden bevorzugt an verschiedene Atome in Proteinen wie N, O und S. Somit können Metallchelate bei der Behandlung von AD verwendet werden und die überschüssigen Metalle in SPs können durch Koordination mit Proteinen entfernt werden. Aβ reduziert Kupfer (II) und Eisen (III) Ionen und produziert H₂ O₂ durch Doppelelektronentransfer auf O₂ [66].

Dieser Aβ-induzierte oxidative Stress und die Toxizität in Zellkulturen wird moderat durch Methionin und Tyrosin vermittelt [67, 68]. Durch freie Radikale vermittelte Reaktionen spielen eine bedeutende Rolle bei der Alterung und Physiologie vieler neurologischer Erkrankungen. Antioxidantien wie polyphenolische Verbindungen (Resveratrol, Curcumin, Katechine) haben sich bei der AD-Behandlung als sehr hilfreich erwiesen [69]. Diese Verbindungen weisen starke antioxidative und entzündungshemmende Eigenschaften auf (Tabelle 1), und zahlreiche In-vitro-Untersuchungen haben gezeigt, dass Polyphenole aus grünem Tee Neuronen vor Aβ-induzierten Schäden schützen können [70,71,72]. Grüntee-Polyphenole haben in Tiermodellen für Schlaganfall/zerebrale Ischämie, AD und PD einen positiven Einfluss gezeigt. Grüner Tee enthält Epigallocatechingallat (EGCG) als Wirkstoff, der als Neuroprotektivum gegen Aβ wirkt.

Curcumin, ein aktiver Bestandteil von Kurkuma, wirkt als starkes antioxidatives und entzündungshemmendes Mittel. Bei der Verfütterung an gealterte Tg2576-Mäuse wurde eine signifikante Verringerung des Aβ-Spiegels und der Plaques beobachtet [83]. Es blockierte auch die Aβ-Aggregation und die Fibrillenbildung in vitro (IC₅₀ = 0,8 μM), die Amyloid-Plaques reduzierte [83]. Curcumin chelatisiert möglicherweise das redoxaktive Eisen und Kupfer [94]. Da seine Wasserlöslichkeit bei schneller systemischer Elimination, geringer Resorption und Abbau bei alkalischem pH-Wert sehr gering ist, ist es auch bei höheren Dosen sicher [95, 96]. Yanget al. [96] haben berichtet, dass 10 mg kg ⁻¹ von Ratten intravenös verabreichtem Curcumin ergab einen maximalen Serum-Curcuminspiegel von 0,36 ± 0,05 μg ml ⁻¹ , während eine 50-fach höhere orale Curcumin-Dosis nur 0,06 ± 0,01 μg ml ⁻¹ . ergab Serumspiegel. Ravindranath und Chandrasekhara [97] haben jedoch berichtet, dass die höhere Dosis nicht zu einer höheren Absorption führte. Die Wirkstoffmoleküle, die bei physiologischem pH nicht ionisiert werden, sind lipophil mit niedrigem Molekulargewicht und können die BBB durch Diffusion passieren. Neuropeptide, Aminosäuren und Hexosen benötigen normalerweise einen spezifischen Träger, um in das Gehirn zu diffundieren [98], obwohl Peptide und Proteine ​​die BHS durch ein sättigbares Transportsystem passieren können [99].

Polymere Nanocarrier sind vielversprechende Kandidaten, da sie die Tight Junctions (Tjs) der BHS öffnen, die Wirkstofffreisetzung verlängern und vor enzymatischer Degradation schützen können [41]. Hydrophile NPs mit weniger als 100 nm sind sehr wirksame Wirkstoffträger. Die Bioverteilung nimmt mit abnehmender Größe der NPs zu. Die Verteilung des injizierten Gold-NP (15, 50 und 100 nm) bei Mäusen zeigte eine höhere Menge an NP mit einer Partikelgröße von 15 nm in Magen, Gehirn, Herz, Lunge, Leber, Milz, Niere und Blut. Die größeren Partikel werden in geringerer Menge in Magen, Bauchspeicheldrüse, Gehirn und Blut aufgenommen [100]. Eine Reihe von Faktoren sind für den schnellen Transport von therapeutischen Wirkstoffen/Molekülen durch die BHS verantwortlich, z. zelluläre Proteine ​​[101]. Das Fehlen von Toxizität an der BHS sowohl in vitro als auch in situ legt nahe, dass die NPs durch Endozytose/Transzytose oder sogar durch Diffusion über die Barriere transportiert werden können. Sie können von Endothelzellen des Gehirns aufgenommen werden [102]. Es ist jedoch wichtig, die Toxizität des NP vor seiner Verwendung als Träger zu untersuchen. Wirkstoffbeladene NPs, die für die Behandlung von AD getestet wurden, sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Keines der nicht-steroidalen Arzneimittel, nämlich Phenserin, Statine, Tarenflurbil, Tramiprosat und Xaliproden, hat eine zufriedenstellende Wirksamkeit bei der Behandlung neurologischer Störungen gezeigt [124,125,126]. Es ist jedoch bekannt, dass hohe Cholesterinwerte mit einem erhöhten AD-Risiko verbunden sind. Anhand von Tierstudien wurde bestätigt, dass Hypercholesterinämie die Aβ-Produktion und -Ablagerung fördert. Derzeit gibt es auch zwei Klassen von Medikamenten, die für die AD-Behandlung zugelassen sind. Die Cholinesterase-Hemmer (ChEI) Donepezil (Aricept), Galantamin (Reminyl) und Rivastigmin (Exelon) werden zur Behandlung von leichter bis mittelschwerer AD verschrieben. Die N -Methyl-D-Aspartat-Antagonist Memantin ist das einzige Arzneimittel zur Behandlung von mittelschwerer bis schwerer Demenz. Überschüssige Eisen-, Zink- und Kupferionen führen zur Ausfällung von Aβ, was zur Entwicklung toxischer Aβ-Oligomere führt [127]. Die Bildung von Aβ-Oligomeren kann leicht verhindert werden, wenn die obigen Metallionen mit nicht-toxischen Liganden wie Diferrioxim oder D-Penicillamin chelatisiert werden, was lösliche Komplexe ergibt, die aus dem lebenden System entfernt werden können. Polystyrol-NPs von 240 nm, konjugiert mit Deferipron, die in vitro an kultivierte menschliche kortikale Neuronen verabreicht wurden, zeigten eine verringerte Zytotoxizität, indem sie die Aβ-Aggregation verhinderten [128]. Die Bioverfügbarkeit und Toxizität schränken jedoch ihre Anwendung im menschlichen System ein. Nanocarrier erleichtern diese Eigenschaft durch die Konjugation von Chelatbildnern mit ihnen.

Ebenso ist bekannt, dass 5-Chlor-7-iod-8-hydroxychinolin (ein Chinol-Derivat) eine hohe Affinität zu Zink- und Kupferionen aufweist. Die Behandlung von AD-transgenen Mäusen mit diesem Chinol blockierte die Aβ-Aggregation [129]. Lösliche Komplexformulierung in niedriger Konzentration verhindert die Wechselwirkung von Metall mit anderen ligierenden Proteinen. Die Effizienz und Bioverfügbarkeit von Chinol kann durch Verkapselung mit PBCA-NPs, die mit Polysorbat 80 beschichtet sind, erhöht werden. Es wurde berichtet, dass diese Chinol-NPs die BBB bei Wildtyp-Mäusen passieren, was ein Potenzial für die AD-Behandlung anzeigt [129].

Natürlich vorkommende Moleküle wurden auch bei der AD-Behandlung vorgeschlagen. Curcumin aus Kurkuma und Quercetinflavonoid aus Obst und Gemüse sind beispielsweise entzündungshemmend, antioxidativ und krebsbekämpfend. Aus Curcumin-Phospholipid-Konjugaten hergestellte Liposomen von 170 nm haben in vitro eine hohe Affinität zu Aβ-Fibrillen und eine sehr geringe Affinität zu Aβ-Monomeren [130]. Liposomen dienen als Träger, um therapeutische Moleküle bei AD-Patienten zu transportieren. In ähnlicher Weise hat Quercetin auch gezeigt, dass es primäre Hippocampusneuronen von Ratten vor Aβ-Zytotoxizität, Proteinoxidation, Lipidperoxidation und Apoptose schützt [131]. Orale Dosen von Quercetin bei Mäusen zeigten eine Verbesserung der Lern- und Gedächtnisfähigkeit, aber seine Absorption im Darm ist gering und führt zu seiner schnellen Elimination [132]. Wenn Liposomen-eingekapseltes Quercetin nasal verabreicht wurde, hemmte es die Degeneration von Hippocampus-Neuronen im Rattenmodell der AD [133]. Die Bestätigung des Proteins bei AD spielt eine bedeutende Rolle. Das Peptid kann eine β-Faltblatt-Bestätigung oder eine Coil-Bildung annehmen. Im Gehirn von Mäusen wurde eine merkliche Abnahme des unlöslichen und löslichen Aβ-Peptids beobachtet. Konformationsänderungen sind jedoch bei der Behandlung von AD signifikant. Die Gold-NPs werden häufig bei der Behandlung von AD unter elektromagnetischen Feldern verwendet. Wie in Schema 2 unten gezeigt; die mit Wirkstoff beladenen NPs werden photothermisch ausgeschnitten und absorbieren die Lichtenergie, die in Wärmeenergie umgewandelt wird und die Temperatur der NPs erhöht, wodurch die Zielzellen zerstört werden, ohne die normalen gesunden Zellen zu beschädigen.

Rolle von Gold-Nanopartikeln bei der Behandlung der Alzheimer-Krankheit

Parkinson-Krankheit

PD ist eine neurodegenerative Erkrankung, die jährlich eine Person von 100 Personen über 65 Jahren betrifft. Diese Krankheit verursacht schwere Komplikationen bei den Körperbewegungen des Patienten, indem sie die neuroinflammatorischen Reaktionen beeinflusst. Der Einsatz von Nanotechnologie könnte ein wirksames Instrument zur Linderung von Parkinson sein. Entwickelte NMs können die Regeneration und den Schutz betroffener Neuronen fördern und auch die Abgabe von Medikamenten und kleinen Molekülen über die BBB verbessern. Um die Nebenwirkungen der konventionellen Therapie bei Parkinson zu überwinden, wird derzeit intensiv an der Entwicklung vieler Strategien und Techniken geforscht, wie zum Beispiel Nano-fähigen Gerüstgeräten zur biometrischen Simulation und Optimierung sowie zur direkten und gezielten Abgabe an das Gehirn. Gegenwärtig werden Peptide und Peptid-NPs nicht nur bei der Parkinson-Krankheit, sondern auch bei der Diagnose und Behandlung anderer ZNS-Erkrankungen verwendet. Für den Transport von Nanoarzneimitteln in das ZNS und Hirngewebe ist jedoch dringend eine Weiterentwicklung mit verbesserter und effektiver Leistung erforderlich [46]. Gold- und TiO₂ -inkorporierte Nanoröhren-Arrays erkennen a-syn unter Verwendung von photoelektrochemischen Immunsensoren [134]. AFM-Studien im Tandem mit Nanoneurotechnologie können Proteinfehlfaltungen einzelner a-syn-Moleküle erkennen. Neuroinflammation und Neurodegeneration innerhalb von Neuronen werden durch die Verwendung von Katalase-verpackten Polyethylenimin-NPs effektiv reduziert. Darüber hinaus halfen anti-α-syn-konjugierte Polybutylcyanoacrylat-NPs bei der neuronalen a-syn-Clearance [23, 135, 136].

Amyotrophe Lateralsklerose

Es ist eine motorische neuronale Erkrankung und führt zum Verlust der neuromuskulären Kontrolle mit tödlichem Ausgang [137]. Die Degeneration von Motoneuronen tritt sowohl in unteren als auch in oberen Neuronen auf. Proteineinschlüsse sowie Superoxiddismutase 1 (SOD1) werden überwiegend sowohl in Neuronen als auch Axonen nachgewiesen. Als kolorimetrisches Detektionssystem für die ALS-Diagnostik kann ein SOD-beschichtetes Gold-NP in Kombination mit SOD1-Aggregaten verwendet werden [138]. Die neuroprotektive Pathologie kann durch die Verwendung von Carboxyfulleren-Nanoröhren mit SOD erreicht werden [139]. Die wirksame und genaue Abgabe von Riluzol, einem Glutamat-Inhibitor, an die betroffenen Stellen kann durch die Verwendung von Kohlenstoff-NPs erfolgen [140, 141].

Multiple Sklerose

MS ist eine häufig behindernde ZNS-Erkrankung. Das häufigste Symptom ist eine Störung des Informationsflusses zum Gehirn und zwischen Gehirn und Körper. Das Fortschreiten der Krankheit und die myeloische neuronale Infiltration können durch die Verwendung eines wasserlöslichen Fullerens, das mit einem N . vereinigt ist, erreicht werden -Methyl-D-Aspartat-Rezeptor-Antagonist bei erkrankten Patienten getestete Poly (Methylmethacrylat) und Poly (Caprolacton)-PEG (PCL-PEG) NPs. Die therapeutische Wirkung des Arzneimittels war bei Mäusen erhöht [142,143,144]. In einer anderen Studie wurden die Copolymere von PEG verwendet, um die Zellen mit Katalase zu beladen und schließlich wurde sie intravenös verabreicht, und es wurde beobachtet, dass die therapeutische Aktivität in den entzündeten Gehirnen zunahm [145]. Additionally, the disease severity was reduced by using poly (ethyleneimine) loaded with a therapeutic DNA in mice [58, 146].

Neurological Tumors

The treatment of neurological tumors (like brain tumors) has been investigated for many years by using polymeric NPs [147]. For the treatment of most of the tumor, a passive targeting technology using smaller than 100-nm NPs has been used with enhanced permeability, penetration, and retention effect which resulted into better gathering of NPs around the tumor region [143, 144]. The risk of elimination of NP, targeting brain tumor from the blood, can be overcome by engineering the better surface with receptors like folate which facilitate the NP accumulation at their site of action [142, 143]. Cabral and Kataoka [144] have suggested that the use of polymeric NPs for brain tumor study has reached an advanced stage of pre-clinical phase. The BBB was disrupted in many brain tumors except micrometastases or infiltrative gliomas [148]. Paclitaxel-loaded PEGylated PLGA-based NP was designed to target brain gliomas, and it was observed that the life span of mice increased twofolds [58, 145].

Ischemic Stroke

Currently, at global level, ischemic stroke is considered as a third root cause of death. It produces structural brain damage. The targeted and effective delivery of drugs and therapeutic compounds in the brain can be achieved by using stereotactic surgery [146]. Ischemic stroke treatment using nanomedicine in the brain has been already demonstrated [149]. CNTs are found to be very useful in brain imaging to identify stroke location and diseased site as well as delivery of drugs/therapeutic molecules to the site of action. The drug delivery by using nanotechnology will be a valuable tool for ischemic stroke and other chronic neurological diseases. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) functionalized with amine groups increased the neuron tolerance to ischemic injury [147]. Application of nanodrug delivery could be of great benefit in the future for neuroprotection success in chronic neurological diseases including ischemic stroke. Neurotherapy with the use of CNTs would be extremely useful in the treatment of various neurological pathologies including ischemic stroke. Neurotrophin plays a significant role in the development and function of neurons as well as neuroprotection in both CNS and peripheral nervous system, and their delivery into the brain can be performed by using CNTs. The neuronal injury can be protected and functional motor recovery will be enhanced by pre-treatment with amine, functionalized with SWCNTs [20, 150].

Metal Chelators and NMs/NPs Used in Neurological Disease Management

Metal Chelators

Metal chelators or multidentate organic molecules form complexes with metal and are more stable than those formed with monodentate ligands. If these complexes are soluble in aqueous medium, they can easily be removed from the biological system and prevent toxicity. There are several such molecules such as desferrioxamine, an iron chelator, but it has also been used in the depletion of zinc, copper, and aluminum [151] in AD patients. Penicillamine is specifically used for the removal of copper from the brain. Although many transition metals are essential to human subjects in trace amounts, they become toxic when they exceed the tolerance limit and are involved in neuronal damage in neurological diseases. For instance, enhanced quantity of copper (390 μM), zinc (1055 μM), and iron (940 μM) has been observed to be present in AD brain in comparison to the normal adult samples (copper 70 μM, zinc 350 μM, and iron 340 μM) [63, 152, 153].

Nanomaterials

Currently, NMs are being frequently used in tissue engineering and targeted drug delivery. They play a significant role to overcome major problems related to effective and targeted drug delivery into the brain for diagnosis and treatment of neurological disorders [154, 155]. BBB allows free diffusion and transport of lipophilic molecules, oxygen, and carbon dioxide, and transporters or receptor-mediated endocytosis help the entry of other compounds in the brain [48]. Thus, to overcome these barriers and improve the effective delivery of therapeutic compounds in the brain, now, multiple tactics are being used viz. nanocarriers and strong conjugation of valuable drug compounds to the vectors having active transport capacity of drugs through BBB in the brain. Several NMs are produced using nanotechnology that can deliver desirable therapeutic compounds into the brain tissues as well as near the site of drug action in other tissues [32, 50, 51, 156]. Biodegradable materials as a carrier also revealed an effective drug delivery near the site of action. Thus, these preparation and treatments are likely to protect, repair, and regulate the damage of CNS tissues [51]. In addition, many NMs and polymers are extensively being used in the drug delivery system by coating with surfactant polysorbate 80 enabling them to easily cross BBB through receptor-mediated endocytosis. These polymers are known as polylactic acid, polyglycolic acid, polylactic-co-glycolic acid, polycaprolactone, chitosan, gelatin, and polybutyl cyanoacrylate [39, 154]. These NMs have additional properties as their surface can be manipulated and or engineered with hydrophilic polyethylene glycol layer allowing to protect the drugs from enzymatic degradation and recognition by the immune system [157]. Thus, these significant features enable those compounds to be considered as promising vehicle for AD and other neurological disease diagnosis and treatment [32].

Polymeric Nanoparticles

Polymeric NPs are solid colloidal particles containing macromolecular materials to attach, adsorb, dissolve, and encapsulate the drugs or therapeutic compounds. Degradable polymeric NPs of 10–100 nm are a common type of drug delivery systems for the neurological disease treatments. These particles exist in two variable units, nanocapsules and nanospheres [58, 148, 158,159,160]. Nanocapsules are made of coreshell NPs, whereas nanospheres contain homogeneous matrices. These particles sizes facilitate fine tuning to acquire desired properties like active compound protection with easy delivery and permeability of drugs into the target cells with higher efficacy and efficiency at low cost preparation [161,162,163]. Moreover, these particles are effective due to suitable degradation rate and their capability to cross BBB and reach the CNS [154]. Coating of suitable polymer with surfactant polysorbate 80 enables them to cross the BBB by adsorption of apolipoprotein E from the blood which is taken up by the cells of BBB by endocytosis [154]. Some modification in the characteristic preparation of NP coated with polymers may occur which protects the drug against immune system/enzymatic degradation [157]. Different signaling pathways are activated when interaction of growth factors (GFs) with their receptors on cell surface occurs. All pathways are different from each other. From animal studies, it has been observed that insulin-like growth factor (IGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), and nerve growth factor (NGF) available in the brain exhibit useful influences [155]. It is, however, difficult to deliver GFs due to BBB, enzymatic degradation, clearance, and denaturation in the brain and the blood [164]. Kurakhmaeva et al. [165] revealed from animal studies that NGF-loaded poly (butyl cyanoacrylate) (PBCA) coated with polysorbate 80 improved memory function in mouse model. Intravenous administration of drug is an alternative route of transportation to the brain. It is expected that the drugs/therapeutic molecules are taken up by the olfactory epithelium and transported to the cerebrospinal fluid by passing the BBB [166]. Polymer NP of 120 nm loaded with the bFGF coated with Solanum tuberosum lectin has been shown to improve learning and memory capability in rat model of AD [167]. In addition, many polymeric NPs have been designed to treat brain tumors and neurodegenerative disorders [58]. They may be encapsulated as therapeutic agent and transported into the brain if it crosses the BBB.

Solid Lipid Nanoparticles

SLNs are also being used as efficient and alternative carriers for drug delivery as they have better advantages with improved characteristics. SLNs are known as an attractive colloidal drug carrier system for brain targeting. The accumulation of SLNs in reticulo endothelial system limits their use for targeted drug delivery in the brain. The lipid matrix is solid at room temperature with unique size and their better advantages to use as nanocarriers which allows better release and stability of drugs without causing cytotoxic effects in the tissue [41]. The SLNs have better advantages of reproducibility by using multiple strategies and larger scale-up feasibility. It is also a good option for other formulations that lack organic solvents. This also reduces the chance of residual contaminations. Based on these characters, SLN provides one of the most promising systems for drug delivery against many neurodegenerative disease and cancer treatment [40, 168, 169]. The drug stability into the blood and their entry through BBB can be enhanced by using NMs with SLN formulations as the polysorbate triggers the serum proteins by acting as anchor for apolipoproteins. The NPs coated with polysorbate provided desirable results for effective delivery of drugs across the BBB. The interaction of lipoproteins with capillary endothelial cell receptors available in brain with apolipoproteins facilitates the crossing of BBB. The phagocytosis can also be prevented by surface modification of SLN by coating with hydrophilic polymers or surfactants [170]. Furthermore, the use of ligands to SLN surface also improves the drug concentration and increased drug stability and availability across BBB for the neurological treatments. However, to date, only few drugs are FDA-approved for AD, known as acetylcholinesterase inhibitors (donepezil, galantamine, and rivastigmine). Nonetheless, recently, solid NPs having galantamine hydrobromide have been developed to upgrade the drug bioavailability for AD treatment [40, 171].

Liposomes

Liposomes are spherical vesicles made of impermeable lipid bilayer, phospholipids, and cholesterol. They are being considered as an important vehicle for drug delivery due to their non-toxic and biocompatibility characteristics. They can deliver hydrophilic and hydrophobic molecules by carrying the aqueous and lipid parts of the liposomes. Though, they are recognized as foreign particles by the biological system without causing any negative response after their entry into the system, they are non-immunogenic as well as non-carcinogenic, biodegradable, and non-thrombogenic in nature [172]. Liposomes are being used as larger transport nanocarriers as they are capable of encapsulating multiple components. Additionally, they are protected against enzymatic degradation and removal by the reticuloendothelial system. The most important characteristics are capability to fuse with biological membranes, move across cell membrane, and to penetrate the BBB. The half-life of liposome can be easily enhanced by treating their surface with PEG [173]. The Aβ oligomers with high affinity towards liposomes can be used for delivery of therapeutic compounds in animal models [174]. In an in vitro study, using phosphatidylcholine liposomes having omega-3 fatty acid and docosahexaenoic acid into APP-overexpressing cells, it was observed that the cell membrane fluidity increased. The induction of non-amyloidogenic processing of APP resulted into formation of soluble APPα (sAPPα) and further the inhibition of JNK stress signaling pathway by sAPPα-containing cell supernatants; PI3K/Akt survival pathway was activated in cultured neuronal cells and finally resulted into prevention of apoptotic cell death [175]. So, liposomes containing DHA could be used for prevention and treatment of AD [32].

Gold Nanoparticles

Gold NPs are being effectively utilized for drug delivery against various diseases [17]. They have many important characteristics such as better biocompatibility, easy synthesis, and simplistic surface functionalization with easy and effective delivery to target cells and tissues [17, 18]. Some reports have shown that the gold NPs can be utilized in AD disease treatment by destructing and dissolving the Aβ fibrils and plaques with the help of weak microwave field exposure in the brain tissue. Major cases of AD are plaque formation and Aβ fibrils in the brain which can be either prevented or destroyed. Gold NP interaction with fibrils followed by their exposure to weak microwaves causes an increase in the temperature and dissolution of fibrils. Experiment in mice (in vitro) has shown that gold NPs slow down the progression of AD. It is also interesting to note that apparently NPs do not adversely affect the brain [176]. Gold NPs conjugated with some compounds interfering with Aβ fibrils have been used [114, 115]. Gao et al. [115] have reported that the gold NPs of 22-nm size reduces the cytotoxicity of Aβ fibrils and Aβ-mediated peroxidase activity in vitro. Triulzi et al. [177] have demonstrated the photochemical ablation of Aβ plaques in AD. They have suggested that gold NPs formed complexes with synthesized β-amyloid peptides. Upon irradiation with laser beam, the complex containing NP was stabilized. Gold NP conjugated with ematoporphyrin has been reported to be effective against T cell lines MT-4 and Jurkat cells (human T cell leukemia) [178] in vitro. They have been used as probe to detect neuronal cell activity [148]. Gold NP suspension of drug from nanobubbles can deliver the drug to the target site when the bubble bursts by heating. Based on these results, the use of gold NPs is a better option in AD disease diagnosis, treatment, and management [32, 115]. Overall, the metal NPs have shown a considerable potential in the treatment of neurological diseases.

Microparticles

MPs are basically a heterogenous population of small cell-derived (0.1–1 μm) vesicles and are now being used as an important vehicle for drug delivery and AD treatment. In the CNS, these particles have been detected in the CSF, where they are discharged by almost all types of cells [179, 180]. It is well known that the FDA-approved donepezil drug is being used in the improvement of daily life functioning and cognition of mild-to-moderate AD patients without causing any damage and significant changes in the function of vital organs till> 98 weeks. This medicine is being used as a daily dose but it causes gastrointestinal side effects as well as impaired memory. Nonetheless, this problem could be solved now by using PLGA donepezil-loaded microparticles for long-term use [181]. These particles were implanted subcutaneously in rats which resulted in steady-state plasma levels of donepezil for 4 weeks, and then, this drug was rapidly reduced. In another study, microparticles were used on rat after ligating with common carotid arteries and neuronal loss with reduced learning and memory capabilities was reported. The above result indicates that the use of FDA-approved drugs can be more beneficial with control release strategies for the treatment of AD [32, 182].

Carbon Nanotubes and Fullerenes

The carbon nanotube (CNT) was discovered in 1991 by Iijima [183]. They have many valuable properties such as ultra-light weight, high flexibility, low deposition, low cost, high capability, ultra-strong, and inert with electrical and thermal conductivity. Currently, it has emerged as new promising NMs due to useful and exclusive properties for treatment of neurological disorders viz. in AD, PD, and ischemic stroke [20, 184, 185]. The successful utilization of CNTs as drug delivery vehicles in vivo has been reported in many diseases like bone implants, rheumatoid arthritis, osteoporosis, and cancer [184, 186]. However, very limited preclinical studies have been performed for successful application of CNTs in neurological disorders [187]. Fullerene derivatives have also been investigated for their role as neuroprotective agents [188]. For instance, nanostructures of hydrated C60 fullerene (C60HyFn) showed protection on the CNS in rats against chronic alcoholization [189]. Authors have suggested an indirect participation of C60HyFn in the neurotransmitter metabolism. In addition, some reports have also shown that the fullerene derivatives contain multiple synergistic mechanisms that can be employed for AD treatment [190].

Schlussfolgerungen

All neurological disorders are associated with the spinal cord and nervous system. AD leads to the cognitive impairment and plaque deposits in the brain leading to neuronal cell death. Hence, it has been suggested to prevent the loss of functional neurons or to replace the damaged neurons. BBB provides protection to the brain, so an important challenge for any drug is to cross the BBB and to reach the CNS with desirable amount. It is therefore crucial to develop a benign and effective drug delivery system with improved efficacy which may effectively cross the BBB and reach the target cells without producing any significant adverse effects. Different NMs and/or NPs have been developed, utilized, and tested and showed promising contribution in the diagnosis, treatment, and management of neurological disorders. Drug-loaded NPs are tested for AD treatment and provided promising results. In addition, the significance of NMs in stem cell therapy for several kinds of neurological diseases is elucidated. NMs are also able to promote stem cell proliferation and differentiation and also contribute dominant roles in stem cell imaging and tracking. Thus, in CNS-related diseases, the use of NMs/NPs in drug delivery is a better option in comparison to the conventional mode of treatments. However, their systematic toxicity investigations are also required for the effective formulation and application in neurological disorders.

Abkürzungen

AD:

Alzheimer-Krankheit

ALS:

Amyotrophic lateral sclerosis

APP:

Amyloid precursor protein

Aβ:

Amyloid-β

BBB:

Blood-brain barrier

CNS:

Central nervous system

CNT:

Carbon nanotube

DHA:

Docosahexaenoic acid

FDA:

Food and Drug Administration

LCs:

Liquid crystals

MEs:

Microemulsions

MS:

Multiple sclerosis

MPs:

Microparticles

MSCs:

Mesenchymal stem cells

NFT:

Neurofibrillary tangles

NMs:

Nanomaterials

NPs:

Nanopartikel

PBCA:

Poly (butyl cyanoacrylate)

PD:

Parkinson-Krankheit

PLGA:

Poly(d,l-lactic-co-glycolic acid)

ROS:

Reactive oxygen species

SLN:

Solid lipid nanoparticle

SOD:

Superoxiddismutase

SWCNTs:

Single-walled carbon nanotubes