Avanços da Nanotecnologia Farmacêutica-2

Prof. Dr. Nelson Durán

MSc. Priscyla D. Marcato

MSc. Zaine Teixeira

IQ-UNICAMP

aula-3 (22/08/07)

Sistemas de Liberação Sustentada

Nanopartículas poliméricas

Nanopartículas lipídicas sólidas

Lipossomas

Cristais líquidos

Nanopartículas Polimérica

Materiais

• Solvente Orgânico (clorofórmio, acetona etc)

• Polímero

• Tensoativo

• Fase Aquosa

Óleo na fase orgânica

Estruturas

Schaffazick et al. Quim Nova 26, 726 (2003).

Métodos de preparação

Emulsificação e evaporação de solvente

Emulsificação espontânea/difusão de solvente

Salting out

Nanoprecipitação

Polimerização in situ etc

Reis et al. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2, 8 (2006)

ESCOLHA DO PRINCÍPIO ATIVO

HIDROFÍLICO LIPOFÍLICO

A SOLUBULIDADE DO ATIVO DETERMINA O MÉTODO DE PREPARAÇÃO DAS

PARTÍCULAS

Lavadas com água por centrifugação a

15 000 rpm

Secas por Liofilização

Ativos Lipofílicos

H2O + Tensoativo

Solvente Orgânico+Polímero + Ativo

Emulsão O/W

Agitação

Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

Dupla Emulsão W/O/WAtivos Hidrofílico

Agitação Agitação

Fase Aquosa 21% de PVA

Fase aquosa 1

H2O + Ativo

Solv. OrgânicoPolímero

Tewes et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 66, 488 (2007)

Agitação

Miniemulsão

Evaporação de Solvente

Modificado da Nature Materials 2, 408–412 (2003)

Fase Aquosa

Fase Orgânica

Surfactante

Polímero

Ativo lipofílico

Legenda

Solvente Orgânico

Polímeros biodegradaveis

Poly(3-hydroxybutyrate-co-valerate) or PHBV

O CH2 C n

O

Poli(acido glicolico) ou PGA

Poli(acido lactico) ou PLAO CH C n

OCH3

C

O

(CH2)5 OnPoli (-caprolactona)

ou PCL

BIOPOLÍMEROS TÍPICOS

Polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis;

Degradação depende de: MM, estrutura,

solubilidade,composição da cadeia,grau de

cristalinidade.

(PLGA)

MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

1-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO/EVAPORAÇÃO DE SOLVENTE

FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo

FASE ORGÂNICA Solvente orgânico

Homogenizaçào PolímeroSonicação Agente ativo

EMULSÃOÓleo em água

Extração do solventeEvaporação do solvente

SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

APLICAÇÃO1- Formação de nanoesferas para substâncias lipofílicas. Este método tem sido modificado para uma emulsão múltipla do tipo água/óleo/água.

2- Limitações: a) Emulsão óleo/água deve ter uma fase dispersa (óleo) bastante fina e homogênea (requer bastante tensoativo e técnicas de agitação elevada). b) Solventes orgânicos (clorados) e tensoativos usados (álcool polivinílico, p.ex.) não são compatíveis com aplicações biológicas.

3- Alternativas: Uso de tensoativos como albumina de soro humano .

4- Propriedades otimizadas: diâmetro médio e distribuição de tamanho; re-suspensão num veículo aquoso sem agregação; teor de fármaco; taxa de liberação, taxa de degradação; esterilidade; apirogenecidade; e teor desolvente residual.

5- Variáveis: Volume da fase aquosa para a fase orgânica; concentração do polímero na fase orgânica; concentração do fármaco na fase orgânica; presença de tensoativo em ambas fases (orgânica e aquosa); solubilidade do fármaco na fase aquosa (nível de saturação); método e velocidade de agitação.

MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

2-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO ESPONTÂNEA/ DIFUSÃO DE SOLVENTE

FASE AQUOSA

FASEORGÂNICA Difusão rápida do

Solvente miscível com água

NANOPARTÍCULAS

APLICAÇÃO

1- Este método é uma versão modificada do método de emulsificação/evaporaçãode solvente apresentado anteriormente: um solvente miscível em água (acetona, etanol ou metanol) é misturado ao solvente imiscível (clorofórmio,ou cloreto de metileno). A difusão espontânea do solvente miscível no meioAquoso cria uma turbulência interfacial entre as duas fases levando à formação de partículas menores.

2- Quanto maior a proporção do solvente miscível na mistura, menores as partículas formadas.

3- Este mecanismo de redução do tamanho das partículas pela emulsificação instantânea associada à difusão de um solvente miscível em meio aquoso requer por razões óbvias, um menor gasto energético com agitação mecânica para redução do tamanho das partículas no processo.

MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

3-MÉTODO DE NANOPRECIPITAÇÃO

FASE AQUOSA Água destilada Tensoativo

FASE ORGÂNICA FASE ORGÂNICASolvente orgânico Solvente orgânico Óleo Polímero Polímero Agente ativo Agente ativo

Agitação

SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

APLICAÇÃO1- Formação de nanopartículas sem qualquer etapa prévia de emulsificação

2- Envolve o uso de um solvente orgânico que é completamente solúvel na fase aquosa externa; consequentemente, a extração e a evaporação dosolvente não são necessárias para a precipitação do polímero.

3- Os parâmetros mais críticos do processo para a formação instantânea da dispersão coloidal são a concentração do polímero na fase orgânica e a razão de volume entre as duas fases.

4- Fácil de escalonamento.

5-Limitações: Limita-se a encapsulação de substâncias pouco solúveis em água.

MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

4-MÉTODO DE SALTING-0UTFASE ORGÂNICA Solvente orgânico Polímero Agente ativo

FASE AQUOSA (sal) Água destilada

Agitação Tensoativo (PVA)

EMULSÃOÁgua em óleo

Água destilada

SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

APLICAÇÃO1- A formação de nanopartículas é baseada na formação de uma emulsão pela incorporação , sob agitação, de uma solução aquosa saturada de PVA em uma solução de polímero dissolvido em acetona.

2- O PVA tem o papel de estabilizar a dispersão.

3- Pela técnica de nanoprecipitação, a solução do polímero em acetona écompletamente miscível na solução aquosa; entretanto, aqui a miscibilidadedas duas fases é impossibilitada pela saturação da fase aquosa com PVA.

4- A precipitação do polímero ocorre quando uma quantidade adicional de água é adicionada permitindo então a difusão da acetona para a fase aquosa.

4- Propriedades otimizadas: Esta técnica é adequada para agentes ativos e polímeros solúveis em em solventes polares como acetona ou etanol.

MÉTODOS MAIS IMPORTANTES DE PREPARAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

5-MÉTODO DE EMULSIFICAÇÃO/DIFUSÃO DE SOLVENTE

FASE AQUOSA (saturada em solvente orgânico)

Água destilada Tensoativo

FASE ORGÂNICA (saturada em água)

Agitação Solvente orgânico Polímero

Agente ativoEMULSÃOÓleo em água

Água destilada

SUSPENSÃO DE NANOPARTÍCULAS

APLICAÇÃO1- Formação de nanopartículas pelo uso de um solvente parcialmentemiscível em água, que é previamente saturado em água para garantiro equilibrio termodinâmico inicial de ambas as fases.

2- A precipitação do polímero ocorre quando uma quantidade adicional de água é adicionada ao sistema, permitindo então a difusão do solvente para a fase aquosa.

3- Dependendo do ponto de ebulição do solvente pode ser eliminado pordestilação ou filtração tangencial.

4- Este método apresenta algumas vantagens sobre o método de nanoprecipitação como a possibilidade de controle do tamanho das partículas.

5- As nanopartículas formadas por esse método apresentam tamanhos superiores aquelas preparadas por nanoprecipitação, dependendo de Vários parâmetros como o tipo e concentração do tensoativo e do polímero, tempo e velocidade de agitação.

PREPARAÇÃO

Exemplo de encapsulação

utilizando nanocápsulas.

PREPARAÇÃO

Sim

Precipitaçãocoágulosagregados grandesespuma

Não

Formas arredondadassuperfície lisabaixa polidispersidade

Controle das variáveis de processo

[tensoativo]

[polímero]

agitação Modo adição

solvente

temperatura

evaporação

Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine2 (2006) 8– 21

Nanoencapsulation I. Methods for preparation of drug-loadedpolymeric nanoparticles

C.P. Reis, R.J. Neufeld,A.J. Ribeiro, F. Veiga

Emulsification/solvent diffusion (ESD)

Técnicas de Secagem

Liofilização Congela-se a amostra em nitrogênio líquido

Coloca no Liofilizador por 12 horas para que ocorra a sublimação da água coletando apenas as partículas

Técnicas de Caracterizações

TÉCNICAS MICROSCOPICAS

Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Microscopia de Força Atômica (AFM)

Aplicações

Shi et al., Journal of Controlled Release 80, 309 (2002)

Nanopartículas Lipídicas Sólidas

Formadas por lipídios sólidos à temperatura ambiente e corporal

Wissing et al., Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1257 (2004)

Vantagens• Maior estabilidade

• Menor toxicidade

• Fácil escalonamento da produção

• Fácil esterilização

• Atuam como oclusivos - Aumenta a hidratação da pele em 32% (outros produtos aumentam em 24%).

Üne et al., Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American Scientific Publishers, vol. 10, 43 (2007).

Homogeneização à alta Pressão

Solução de tensoativo (quente)

(sob alta agitação)

Homogeneizado à alta Pressão

Ativo + Lipídio fundido

Moído (micropartículas lipídicas)

Micro-suspensão

Solução de tensoativo (fria)

AgitaçãoAgitação

Pré-emulsão

Homogeneização a quente

Solidificação(nitrogênio líquido)

Homogeneização a frio

• Rápido e Fácil

•Fácil escalonamento - 99% de reprodutibilidade em escala

industrial

• Evita contaminação no processo de homogeneização

500 bar 3 ciclos

Sakulkhul et al., Proceedings of the 2nd IEEE International ( 2007)

Estrutura das Partículas

Matriz Homogênea(solução sólida)

Homogeneização a frio

Parede Rica em Ativo

Núcleo Rico em ativo

Souto e col., International Journal of Pharmaceutics 278, 71 (2004)

• Diâmetro e Potencial Zeta

Eficiência de encapsulamento

Expulsão do ativo

Via de administração

Via de administração

Liberação do Ativo

Estabilidade - Aglomeração

Eficiência de encapsulamento

• CristalinidadeDifração de Raio-XCalorimetria Diferencial de Varredura (DSC)Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM)

• Distribuição do Ativo nas partículas

Ressonância Magnética Nuclear de Prótons

• Morfologia das PartículasTécnicas microscópicas (MEV, TEM, AFM)

Espectroscopia de correlação de fótons

Aplicações

Concentração no plasma

Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

Ativo livre- 48 horas não foi mais detectados nestes órgãos

Nível de ativo nos tecidos depois de 10 dias

Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

Atividade Quimioterápica

Pandey e col., Tuberculosis 85, 415 (2005)

Podofilotoxina (POD)

• POD inibi o crescimento de células epiteliais infectadas pelo vírus papiloma humano (HPV)

• Absorvido até a corrente sanguínea

Chen et al., Journal Controlled Release 110, 296 (2006)

NLS-POD

NLS-POD(aumento)

POD

10 µm 75 µm

135 µm 275 µm

20 e 200 nm: não tiveram permeação através

da camada córnea, mas se acumulam nos

folículos pilossebáceos, principalmente as de

tamanhos menores.

No trabalho de Nile Red@PCL ocorresse uma maior eficiência

de liberação na camada córnea pela formação de filme e não

maior penetração das partículas

PERMEAÇÃO CUTÂNEA

Alvarez-Román et at., Pharm. Res.; 21, 1818-25 (2004)

A investigação da rota de permeação (folicular ou

via camada córnea), ou se permite a formação de

um filme na superfície, reduzindo a perda de água

transepidermal e favorecendo a penetração da

droga na pele

Nossa Proposta

Palmitato de retinila

Zaine: Prevage = Idebenone

Happlog e Happyderm pré-endorfinas estimulando a felicidade da pele e com isso a hidratação

Happyskin fungos e ômega 3.

SisleŸa ácidos de semente de maçã, óleos essenciais, hormônios vegetais e extrato de gogumelo

Zaine: Prevage = Idebenone

Happlog e Happyderm pré-endorfinas estimulando a felicidade da pele e com isso a hidratação

Happyskin fungos e ômega 3.

SisleŸa ácidos de semente de maçã, óleos essenciais, hormônios vegetais e extrato de gogumelo

O (CH2)14CH3

O

armazenamento da vitamina A (retinol)

Manutenção da diferenciação epitelial

prevenção da carcinogênese

propriedade antioxidante

Emissão em 514nm

ESTUDO DE UM CASO ESPECÍFICO

Polímero funcionalizado com azul do nilo

Emissão = 630 nm

Br NC

%Encapsulamento = 99

Diâmetro = 250 nm

Potencial zeta = -20 mV

Microscopia Confocal

(Palmitato)(Vermelho do Nilo)

Seguro para aplicação cosmética

Atinge o alvo de atuação

Teixeira et al. 2007

AGRADECIMENTOS